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    生物學'rosetta stone'讓科學家們更接近破譯身體的構造方式

    從螞蟻到人類的每一種動物都在其基因組中包含稱為Hox基因的DNA片段。身體的建筑師,這些基因是身體藍圖的守護者; 它們決定了胚胎如何成長為成年人,包括發育中的動物將其頭部,腿部和其他身體部位放在哪里。

    科學家長期以來一直在尋找解釋Hox基因如何創建這個人體圖的方法; 解碼我們如何構建身體的關鍵。

    現在,來自西班牙塞維利亞的Pablo de Olavide大學的哥倫比亞大學和西班牙國家研究委員會(CSIC)的國際研究小組發現了一個這樣的關鍵:一種可以系統地確定每個Hox基因在發展中的作用的方法。果蠅。他們最近在Nature Communications報道的結果為研究人員提供了一條新的道路,希望能夠理解一個混亂和精確的平等過程,這對于理解生長和發育以及衰老和疾病至關重要。

    “包含數千個基因和數百萬個DNA字母的基因組是有史以來最復雜的代碼,”哥倫比亞大學Mortimer B. Zuckerman思維腦行為研究所首席研究員,該論文的共同資深作者Richard Mann博士說。 。“解密這段代碼已經證明是如此困難,因為進化論在幾十萬年的時間里開始編寫它。今天的研究提供了破解代碼的關鍵,使我們比以往更加接近理解Hox基因如何構建健康的身體,或者如何這個過程在疾病中被打亂了?!?/span>

    Hox基因很古老; 它們可以在所有動物物種中找到。即使是原始的水母也有它們。每種類型的生物都具有這些基因的不同組合。果蠅有8個Hox基因,而人類有39個。

    這些基因通過產生稱為轉錄因子的特殊蛋白質起作用,這些蛋白質與稱為Hox輔助因子的類似蛋白質結合,與不同的DNA片段結合,并在恰當的時間打開和關閉許多其他基因 - 一種微觀比例的Rube Goldberg機器。

    “因為這些基因錯綜復雜地參與了發育的許多方面,所以已經證明隔離單個Hox基因并追蹤它們隨時間推移的活動具有極大的挑戰性,”Centro Andaluz de Biologi的首席研究員James Castelli-GairHombría博士說。位于Pablo de Olavide大學的del Desarrollo和該論文的共同資深作者。“我們有這個難以置信的復雜方程式來解決,但有太多未知因素可以取得重大進展?!?/span>

    最近,Hombría博士和他的團隊有點運氣。在研究正在發育的果蠅中的遺傳活動時,他們偶然發現了一小塊調節DNA,稱為vvI1 + 2,它具有不尋常的 - 令人驚訝的 - 屬性。雖然它在果蠅整個發育體內的細胞中都很活躍,但它似乎受到所有果蠅的八個Hox基因的調控。

    “整個正在發育的果蠅中vvI1 + 2 DNA片段無處不在,加上每個Hox基因接觸它的事實,使其成為研究Hox基因家族的理想系統,”CarlosSánchez-Higueras博士說。 ,Hombría實驗室的博士后研究員和論文的第一作者。“在這片DNA中,我們有了完美的工具;我們現在可以設計一種方法來系統地操縱vvI1 + 2活性,看看每個Hox基因是如何起作用的?!?/span>

    首先,Sánchez-Higueras博士與哥倫比亞大學扎克曼研究所的Mann博士合作,使用了一種名為No Read Left Behind或NRLB的復雜計算機算法。NRLB最近由他的實驗室Mann博士和他的合作者開發,包括哥倫比亞系統生物學教授Harmen Bussemaker博士。這種強大的算法精確定位了轉錄因子與一段DNA結合的位置,即使這些結合位點非常弱且難以捕獲。在這項研究中,研究人員專注于與vvI1 + 2結合的Hox轉錄因子和Hox輔因子。

    “我們的分析提供了vvI1 + 2中Hox結合位點的精確路線圖,然后我們可以將其應用于活果蠅,”Mann博士說,他也是希金斯生物化學和分子生物物理學教授(系統生物學)在哥倫比亞大學的Vagelos醫師和外科醫生學院。

    通過在生命或體內飛行胚胎中結合優雅的遺傳操作,結合先進的生化和計算分析,研究人員可以系統地以前所未有的精確度操縱Hox目標活動。

    “我們現在有一個起點可以系統地解碼Hox基因調控,”Hombría博士說,“一種幫助我們破譯身體發育遺傳學的Rosetta Stone?!?/span>

    研究人員的發現特別有希望,因為它們可以應用于整個基因組。Hox基因調節vvI1 + 2的步驟可以告知Hox基因如何調節其他DNA,不僅僅是在果蠅中,而是在果蠅之外 - 包括脊椎動物,如哺乳動物,甚至人類。

    “雖然有許多關于Hox基因仍有待闡明,但我們的工作是向前邁出的重要一步,”Sánchez-Higueras博士說。“這些持續不斷的努力,加上我們同行的努力,將有助于闡明整個系統如何在不斷增長的胚胎中共同發揮作用,以及它們如何為疾病做出貢獻?!?/span>



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