Transkripční faktory SP5 a SP8 regulují tvorbu primární řasiny v embryích

Někteří by mohli říci, že to vypadá jako prst. Jiní by mohli vidět červa. Vědci v oboru to často přirovnávají k anténě. Technický název je primární cilium. Tento štíhlý mikroskopický přívěsek vyčnívá z povrchu většiny buněk v lidském těle – a přesto po mnoho let chybělo zcela v ilustracích učebnice.

Vědci začali věnovat více pozornosti primární cilii kolem roku 2003. Tehdy vědec v Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK), pozdní Kathryn Anderson, PhD, zjistil, že primární cilie hraje nesmírně důležitou roli ve vývoji embrya: zpracovávají signály z rodiny proteinů zvané Hedgehog, které naráží na počáteční embryo, včetně formy nehurální tube.

Od té doby se tato anténní organela stala horkým tématem pro výzkum, částečně proto, že defekty v primární cilii mohou vést k celé řadě zdravotních problémů – vše od ztráty sluchu a rozštěpu patra až po vnitřní orgány umístěné na nesprávné straně těla. Ale hlavní nezodpovězenou otázkou je, které molekulární narážky říkají buňkám, aby vytvořily primární cilium na prvním místě.

V novém příspěvku zveřejněném tento týden v VědaVývojové biologové MSK Yinwen Liang, PhD a Alexandra Joyner, PhD, uvádějí, že vyřešili část tajemství: dva transkripční faktory, SP5 a SP8, působí jako druh on-off přepínače pro iniciaci tvorby cilia. V buňkách bez primárního cilia může zapnutí těchto genů způsobit, že jeden staví.

Výsledky mají okamžité a dlouhodobé důsledky pro porozumění a léčbu nemocí způsobených chybějící nebo nefunkční primární cilií – nazývané ciliopatie – které postihují 1 z 2 000 lidí po celém světě.

Uvedení nových nástrojů k použití při studiu tvorby cilia

Když Dr. Liang, vedoucí vědec v laboratoři Joyner Lab a dříve postdoc Fellow v laboratoři Kathryn Anderson, začal poprvé přemýšlet o tom, proč některé typy buněk mají primární cilii a jiné, měla podezření, že se jedná o preferenční demontáž – to znamená, že buňky, které postrádají primární cilii, aktivně podporují strukturu struktury. V buňkách, které vytvářejí primární cilium, se možná vypne tento proces demontáže, takže proteiny se mohou vytvořit a vytvořit jeden.

Ale experimenty navržené tak, aby cílily a blokovaly takovou demontáž, měly malý účinek na přítomnost nebo nepřítomnost primární řasat. To vedlo Dr. Lianga, aby se spojil s Dr. Joynerem, jehož laboratoř v Sloan Kettering Institute má vynikající nástroje pro studium toho, jak geny regulují vývojové procesy. Pokud demontáž není klíčem, pomysleli si, pak možná transkripční faktory, které zapínají specifické geny zapnuté nebo vypnuto, určuje, zda buňka vytváří primární cilium.

Chcete -li se k této otázce dostat, Drs. Liang a Joyner poprvé použili metodu zvanou jednobuněčnou RNA sekvenování (SCRNASEQ) k identifikaci, které z genů zapojených do tvorby a funkce cilia jsou zapnuty v typech buněk s primární cilií a bez něj. Vědci využili skutečnost, že většina buněk v embryu myši má primární řasinu, zatímco buňky z myší extraembryonálního žloutkového vaku ne. Pomocí SCRNASEQ identifikovali více než 100 takových genů, které jsou více exprimovány v ciliovaných buňkách.

Dále přemýšleli, zda některý z těchto genů byl tzv. Transkripční faktory – proteiny, jejichž hlavní funkcí je zapnutí jiných genů. Aby odpověděli na tuto otázku, obrátili se na techniku ​​zvanou test pro chromatin přístupný transposazou se sekvenováním (ATAC-seq), což odhaluje, kde je genom „otevřený“ a může být „číst“ nebo přepsán.

Pomocí této metody byli vědci schopni domov na dvou genech, které měly vyprávění příznaky o transkripčních faktorech. Další analýza odhalila, že tyto dva geny, SP5 a SP8byly velmi aktivní v typech buněk s primárním ciliem, ale neaktivní v buňkách postrádaly jedno.

Nalezení faktorů, které „přepínají celou věc“

Nejpříjemnější výsledky přišly, když buď vyřadili tyto geny v buňkách s cilií, nebo je zavedli do buněk postrádajících cilii. Tyto výsledky to ukázaly SP5 a SP8 byly vyžadovány pro tvorbu primárního cilia v raném myši embryu. Navíc jednoduše nadměrně exprimuje jeden gen, SP8stačilo k zahájení tvorby primárního cilia v buňkách bez nich.

Pokud přidáte SP8 do extraembryonálních buněk, mnoho buněk nyní dělá cilii. Nikdo nikdy ten výsledek neviděl. “

Dr. Alexandra Joynerová, PhD, MSK vývojový biolog

Dr. Liang a Joyner zdůvodnili, že tyto dva proteiny, SP5 a SP8, sedí na vrcholu rozhodovacího stromu buňky pro výrobu primární řasity. „Vidíme to jako velký průlom, abychom našli přepisové faktory proti proudu, které celou věc přepínají,“ dodává Dr. Liang.

Dr. Liang brzy opustí MSK, aby zahájila vlastní laboratoř v Číně, kde doufá, že bude pokračovat v práci na převodu těchto základních objevů do klinických průlomů pro lidi s ciliopatiemi.

„Mým dlouhodobým cílem je zlepšit naše chápání toho, jak se vytváří cilia, a poté tyto informace využít pro klinické studium ciliopatií,“ říká.

Dr. Joyner odešel z MSK začátkem tohoto roku a nyní je emeritním členem fakulty MSK. Přečtěte si více o její dlouhé a význačné kariéře.