Genreglerande kod oförändrad genom årmiljoner av evolution

Språket som används i de ”strömbrytare” som slår på och stänger av gener har förblivit oförändrat under miljontals år av evolution, enligt en studie som letts av forskare vid Karolinska Institutet. Fynden, som publiceras i tidskriften eLife, tyder på att skillnaderna mellan olika djur ligger i innehållet och längden på de instruktioner som är skrivna med detta välbevarade genetiska språk.

Små bananflugor skiljer sig mycket från människor, men båda har utvecklats från en gemensam förfader som existerade för över 600 miljoner år sedan. Skillnader mellan djurarter beror ofta på att samma eller liknande gener slås på eller av vid olika tidpunkter och i olika vävnader i de olika djurslagen. Varje gen har en reglerande region som innehåller de instruktioner som kontrollerar när och var genen uttrycks.

Instruktionerna är skrivna med något som ofta benämns ”den genreglerande koden”. Denna kod läses av proteiner, så kallade transkriptionsfaktorer, som binder till specifika ”DNA-ord’’, och antingen ökar eller minskar uttrycket av den aktuella genen. De genreglerande regionerna skiljer sig åt mellan olika arter. Men fram tills nu har det varit oklart om instruktionerna i dessa regioner är skrivna med samma genreglerande kod, eller om transkriptionsfaktorerna i olika djur känner igen olika DNA-ord.

I den nu aktuella studien använde forskarna metoder med hög kapacitetför att identifiera de DNA-ord som känns igen av mer än 240 transkriptionsfaktorer från bananfluga. Sedan utvecklade de beräkningsmetoder för att kunna jämföra dem med DNA-orden hos människa.

– Vi observerade att nästan alla kända DNA-ord hos människa och mus kunde läsas av bananflugans transkriptionsfaktorer, trots mer än 600 miljoner års evolution, säger Kazuhiro Nitta vid institutionen för biovetenskaper och näringslära vid Karolinska Institutet, studiens försteförfattare.

Forskarna kunde också se att både bananfluga och människa har ett fåtal transkriptionsfaktorer som känner igen unika DNA-ord och påverkar egenskaper som är typiska för varje djurslag, till exempel vingen hos bananflugan. På motsvarande sätt agerar transkriptionsfaktorer som bara finns i människa i celltyper som inte existerar i bananflugan.

Fynden tyder på att transkriptionsfaktorernas specificitet bidrar till utvecklingen av nya celltyper. Grundforskning om genreglering är viktigt inom medicinen, eftersom felaktig genreglering har kopplats till många vanliga sjukdomar, bland annat cancer, diabetes och hjärtåkommor. Den aktuella studien finansierades med anslag från bland andra Centrum för innovativ medicin (CIMED) vid Karolinska Institutet och Göran Gustafssons stiftelse. Forskningsledare har varit Jussi Taipale, professor i medicinsk systembiologi vid Karolinska Institutet. Även forskare i Finland, Tyskland och Schweiz har deltagit i arbetet.

Publikation: ”Conservation of transcription factor binding specificities across 600 million years of bilateria evolution”,  Kazuhiro Nitta, Arttu Jolma, Yimeng Yin, Ekaterina Morgunova, Teemu Kivioja, Junaid Akthar, Komeel Hens, Jarkko Toivonen, Bart Deplancke, Eleen Furlong, Jussi Taipale, eLife, online 17 March 2015, doi: org/10.7554/eLife.04837

Kontaktinformation
Jussi Taipale, professor, Institutionen för biovetenskaper och näringslära, Karolinska Institutet, tel: 072 282 4847, e-post: jussi.taipale@ki.se. Kazuhiro Nitta, forskare, Institutionen för biovetenskaper och näringslära, Karolinska Institutet, tel: 08-58586895, e-post: kazuhiro.nitta@ki.se