Kyllingeembryoner giver værdifulde genetiske data til at forstå menneskelig udvikling

Tidlig udviklingsforskning på menneskelige embryoner er umulig på grund af etiske overvejelser, og er teknisk vanskelig at udføre hos andre pattedyr, gør ressourcer til denne type forskning yderst sjældne. For eksempel, Functional Annotation of Mammalian Genome (FANTOM) 5-projekt baseret i Japan, etableret i 2000, er et verdensomspændende samarbejdsprojekt med det mål at identificere alle funktionelle elementer i pattedyrs genomer, men det har ingen Cap Analysis of Gene Expression (CAGE)-baseret transkriptionsstartsted (TSS) data for humane embryoner eller for murine embryoner, der repræsenterer tidlige udviklingsstadier.

For at komme uden om denne mangel på information, et internationalt samarbejde mellem forskere fra Japan (Kumamoto University &RIKEN), Rusland (Kazan Federal University), Spanien (University of Cantabria), og Australien (University of Western Australia) har sammensat verdens første genom-dækkende sæt af fugle-TSS'er. Disse steder markerer udgangspunktet for transkription og er ekstremt vigtige for celledifferentiering og embryoudvikling indtil fødslen, eller, i tilfælde af en fugleart, indtil udklækning. Mens fugle ser ganske anderledes ud end mennesker, tidlige udviklingsstadier er meget ens, og det er blevet vist, at omkring 60 % af de humane proteinkodende gener har en-til-en-korrespondance med kyllingeortologer (gener, der er udviklet fra en fælles forfader).

Ved at bruge CAGE-teknologi, en yderst pålidelig metode til at finde TSS'er og cis-regulatoriske elementer (de sekvensblokke, der regulerer positionen og robustheden af ​​transkription) i genomet over hele kyllingens udviklingsperiode, samarbejdspartnerne var i stand til at kortlægge 60 % af alle udviklingsmæssige kyllinge-TSS'er til det seneste kyllingegenom, med de øvrige 40 % sandsynligvis endnu ikke-karakteriserede alternative promotorer eller ikke-kodende RNA-gener. Det opdaterede genom blev tilføjet til RIKENs interaktive, online platform ZENBU (det japanske ord "zenbu" oversættes til "alle" på engelsk.) under navnet "Chicken-ZENBU" og er gratis for alle at bruge.

Forskerne viste også, at deres genomomfattende TSS-kortlægning kunne anvendes til CRISPR-on-teknologi for at aktivere specifikke gener under udvikling ved succesfuldt at aktivere T-genet for Brachyury-protein, der koder på udviklingsstadiet HH10 (ca. 1,5 dages udvikling efter lægning). Denne præstation blev fulgt op af flere mere vellykkede genaktiveringer, hvilket viste effektiviteten af ​​CRISPR-on, når det kombineres med TSS-kortlægning.

"I processen med at udvikle vores CAGE-baserede udviklingsmæssige TSS-profileringsmetode, vi identificerede nye transkriptionsfaktorer og deres regulatoriske moduler, samt flere nye husholdningsgener, " sagde projektleder professor Guojun Sheng fra Kumamoto University's IRCMS. "Vi forventer, at dette arbejde og de data, vi føjede til ZENBU online-databasen, vil i høj grad fremme udviklingsforskningen i både fugle og pattedyr."