Результаты, опубликованные в журнале PLOS Biology, устанавливают, что рыба является экспериментальной платформой для изучения того, как эта древняя генетическая информация, полученная за 420 миллионов лет эволюции, контролирует развитие и дисфункцию кишечника.«Наше исследование выявило аспекты биологии кишечника, которые были хорошо сохранены во время эволюции позвоночных, что позволяет предположить, что они имеют центральное значение для здоровья кишечника», — сказал Джон Ф. Ролз, доктор философии, старший автор исследования и доцент кафедры молекулярная генетика и микробиология в Медицинской школе Университета Дьюка. «Поступая таким образом, мы заложили основу для механистических исследований биологии кишечника в модельных системах, не относящихся к человеку, таких как рыбы и мыши, которые было бы невозможно провести только на людях».Кишечник выполняет множество важных функций, общих для всех позвоночных. Он поглощает питательные вещества, стимулирует иммунную систему, перерабатывает токсины и лекарства и обеспечивает критический барьер для микроорганизмов.
Дефекты кишечных эпителиальных клеток, выстилающих кишечник, вызывают растущее число заболеваний, включая воспалительные заболевания кишечника, колоректальный рак, пищевую аллергию, диабет, ожирение, недоедание и инфекционные диареи.На протяжении десятилетий ученые полагались на животных моделей для сбора информации о кишечных эпителиальных клетках, которые могут помочь в борьбе с заболеваниями человека. Но было неясно, насколько похожи эти клетки у разных видов.В этом исследовании Ролз и его команда использовали подход сравнительной биологии для решения этого вопроса.
Сотрудник по исследованию Колин Р. Ликвар, доктор философии, и его коллеги получили данные по всему геному на эпителиальных клетках кишечника четырех эволюционно далеких видов: рыбок данио, колюшки, мыши и человека. Затем Ликвар создал карты для каждого вида, отображающие не только уровень активности всех генов, но и расположение определенных генетических последовательностей или регуляторных элементов, которые включали и выключали эти гены.Ликвар был удивлен, обнаружив поразительное сходство между разными видами позвоночных. Он идентифицировал общий набор генов — сигнатуру эпителиальных клеток кишечника — некоторые из которых имели общие паттерны активности в определенных областях по всей длине кишечника.
Более того, многие из генов, включенных в эту консервативную сигнатуру, ранее были вовлечены в различные заболевания человека. Ликвар и Ролз задались вопросом, контролируется ли эта консервативная генетическая подпись регуляторными элементами, которые также могут быть общими для разных видов.Чтобы проверить, так ли это, они взяли различные регулирующие элементы у рыб, мышей и людей и вставили их в рыбок данио. Поскольку рыбки данио — прозрачные организмы, исследователи могли смотреть под микроскопом в поисках цветовых узоров, чтобы определить, был ли включен в кишечник зеленый флуоресцентный белок или красный флуоресцентный белок, который они вставили вместе с регуляторным элементом.
Они обнаружили, что регуляторные переключатели, трансплантированные от других видов, работали у рыбок данио, что указывает на замечательный уровень сохранности.«Наши результаты показывают, что эпителиальные клетки кишечника используют древнюю основную программу для выполнения своей работы в организме большинства позвоночных», — сказал Ликвар, ведущий автор исследования. «Теперь, когда мы определили эту основную программу, мы можем более легко переводить результаты между людьми и рыбками данио».