Forskere viser, at naturen bevarer sit mest vitale DNA ved multitasking

*Nyhedsmæssigt—BOSTON, MA—14. maj 2018**—En ny undersøgelse fra Harvard Medical School hjælper med at forklare et vedvarende mysterium om menneskelig genetik. Nogle dele af vores DNA koder for afgørende instruktioner, som er essentielle for livet. Disse sekvenser har en tendens til at blive gentaget i hele vores genom, hvilket hjælper med at beskytte mod skadelige mutationer. Men en anden stor klasse af essentielle gener, dem der koder for proteiner, der styrer, hvornår og hvor andre gener tændes eller slukkes, har længe vist sig at være gådefuldt for videnskabsmænd. Disse regulatoriske sekvenser findes generelt kun én gang i genomet, men mutationer, der ændrer deres funktion, kan forårsage sygdom eller endda død.

Nu viser forskere i 14. maj-udgaven af ​​tidsskriftet Cell, at naturen har udviklet en kreativ måde at beskytte disse afgørende gener på. De identificerede genomiske regioner, der indeholder flere forskellige regulatoriske elementer, hver essentiel for embryonal udvikling, pakket tæt sammen i et enkelt regulatorisk modul.

"Det ser ud til, at naturen har valgt at placere flere regulatoriske elementer på ét sted og stole på kromosomets fysiske struktur for at beskytte dem som en enhed," sagde Eric Heard, HMS professor i genetik og seniorforfatter af undersøgelsen.

Heards team fokuserede på en region af humant kromosom 1, der indeholder adskillige regulatoriske elementer, der er afgørende for livet, og som kontrollerer aktiviteten af ​​HoxD-genklyngen. HoxD-generne er kendt for at være afgørende regulatorer af embryonal udvikling, der kontrollerer, hvordan embryoet dannes langs dets front-to-back akse.

Holdet brugte en række forskellige teknikker til at vise, at regionen, der indeholder de HoxD-regulatoriske elementer, danner en fysisk sløjfe i kromosomet. Denne sløjfestruktur samler forskellige regulatoriske elementer og gør dem i stand til at arbejde sammen for at kontrollere aktiviteten af ​​HoxD-generne.

Forskerne skabte også mus med mutationer i DNA-sekvensen inden for denne regulatoriske loop. De fandt ud af, at nogle af disse mutationer i de regulatoriske elementer, der kontrollerer HoxD, var uforenelige med liv. Andre mutationer, længere fra HoxD-generne, men inden for løkken, reducerede HoxD-aktivitet eller forårsagede andre alvorlige udviklingsproblemer.

Strukturen af ​​denne regulatoriske loop giver en forklaring på, hvorfor disse DNA-sekvenser med kritiske regulatoriske funktioner kun findes én gang i det menneskelige genom, sagde Heard.

"Når noget er virkelig vigtigt for livet, har naturen ofte backups," sagde han. "For disse særlige DNA-elementer har naturen pakket flere essentielle funktioner ved siden af ​​hinanden for at drage fordel af kromosomets beskyttende natur."

Forskningen belyser en række genomiske lidelser, der kan skyldes mutationer i disse komplekse regulatoriske regioner.

Undersøgelsen blev finansieret af National Institutes of Health (NIH). Medforfattere inkluderede førsteforfatter Thomas Sexton, en ph.d.-studerende i Harvard/MIT Division of Health Sciences and Technology; John Cavalli, en Harvard Medical School-forsker; og forskere fra universitetet i Genève.

Skrevet af:

Alexandra Stern