На очень ранней стадии эмбрионального развития кровеносные сосуды и клетки крови образуются из обычных клеток-предшественников. Время и способ формирования крови и сосудов регулируются в генетической программе множеством генов. Для этой программы характерен каскадный характер деятельности. В середине девяностых, во время своего пребывания в Соединенных Штатах, Дидье Стенье, директор отдела генетики развития Института исследований сердца и легких им.
Макса Планка в Бад-Наухайме, обнаружил в модельном организме рыбок данио мутанта, «обладающего одним из наиболее интересных дефектов развития, когда-либо обнаруженных у рыбок данио », — говорит Свен Рейшауэр, который вместе с Оливером Стоуном и Алетией Вильясенор является одним из основных авторов исследования. Из-за генетического изменения у этой рыбы ни один из генов, участвующих в генетической программе крови и клеток кровеносных сосудов, не был активирован. Следовательно, эти клетки не могут развиваться.
Стенье назвал мутанта «клош» в честь другой уникальной особенности мутанта — формы сердца, напоминающей клош.В последние два десятилетия различные лаборатории по всему миру приняли участие в настоящей охоте за геном, лежащим в основе мутанта. «Выявление Клош для всех нас было похоже на раскрытие уголовного дела о генетике, длившегося несколько десятилетий. Однако в данном случае неизвестен был не преступник, а жертва, дефектный ген», — говорит Райшауэр. Исследователи Макса Планка из Бад-Наухайма вместе с международными партнерами успешно завершили эту охоту.
Скрытые в "крышках" на конце хромосомы«Поиск был чрезвычайно сложным из-за того, что ген cloche расположен в самом конце хромосомы 13, в теломерной области», — говорит Райшауэр. Теперь, благодаря методам, которые стали доступны только недавно (например, CRISPR / Cas9 и TALEN), у нас есть инструменты для анализа этих областей. «Кроме того, мы должны были предположить, что ген активен только до того момента, когда станет очевидным отсутствие роста сосудов. Это значительно затруднило идентификацию эмбрионов», — говорит Райшауэр.Во-первых, исследователи из Бад-Наухайма исследовали всю часть генома, в которой, по их предположениям, находится клош.
Анализ данных по 26000 генов выявил 17 генов, которые можно рассматривать в качестве потенциальных кандидатов. Затем они дезактивировали все эти гены-кандидаты по отдельности, создав нокаутные линии, и исследовали рост кровеносных сосудов у этих эмбрионов. «Только в одном случае мы обнаружили ожидаемую картину, а именно, что рост сосудов не индуцировался.
Тогда мы были уверены, что нашли ген cloche», — говорит Райшауэр.В дополнительных экспериментах ученые Макса Планка показали, насколько важен Cloche для развития кровеносных сосудов и клеток крови у эмбриона: выяснилось, что все гены, которые, как ранее было известно, участвуют в формировании сосудов, активны только после того, как Cloche стал активным. . Соответственно, Cloche сама контролирует активность всей программы.
Этот сценарий был подтвержден в так называемых экспериментах по сверхэкспрессии, в которых исследователи вводили чистую мРНК cloche в эмбрионы. Этот подход позволил им запустить программу образования сосудов и клеток крови в тот период развития эмбриона, когда он обычно не активен. «Таким образом, мы могли бы предположить, что нашли ген, отвечающий за управление программой развития», — говорит Стенье.
Cloche, кажется, очень консервативен в природе: этот ген присутствует даже у птиц. У млекопитающих есть близкородственный ген, который может брать на себя функцию cloche в модели рыбок данио.
Поэтому ученые из Бад-Наухайма предполагают, что «с идентификацией гена и его функции появятся большие возможности для разработки новых приложений в контексте индивидуализированной терапии стволовыми клетками», — говорит Стейниер.