Regulation of Hoxd gene collinear expression in developing limb buds

當胚胎開始分化發(fā)育時，機體的構造方案會在數(shù)天內制定并實施。而被稱為“建筑師”的 Hox 基因家族，負責協(xié)調四肢和脊椎的發(fā)育，在特定時間“發(fā)布”的指令。

日前，瑞士聯(lián)邦理工大學（Federal Institute of Technology）與日內瓦大學和歐洲分子生物學實驗室的研究人員合作，發(fā)現(xiàn) Hox 基因在染色體上的排列，遵循著相應結構的出現(xiàn)順序，例如從肩部、手臂zui后到手。研究顯示，以上述排列為基礎，不同調節(jié)域可以在拓撲水平上，協(xié)調肢體各部件的發(fā)育。

在小鼠的肢體形成過程中， Hoxd 基因簇分為先后兩批進行轉錄，先發(fā)育形成上下肢，然后再形成掌。

研究人員表示，此前我們發(fā)現(xiàn)，負責掌發(fā)育的基因由增強子控制，這段特殊的DNA序列位于 Hoxd 基因簇附近。根據(jù)增強子的活性強度，這一調節(jié)區(qū)域具有不同的三維結構。

在這項研究中，研究人員又發(fā)現(xiàn)了另一個調控區(qū)域，它位于 Hoxd 基因簇的另一端，負責上下肢的發(fā)育。他們發(fā)現(xiàn)有些 Hoxd 基因只關聯(lián)兩個調節(jié)域中的一個，有些則會與二者都發(fā)生相互作用。

為了分析肢體形成的分子過程，理解從上下肢、腕部再到掌的發(fā)育過渡，研究人員使用復雜的基因工程和分子生物學技術，對鼠類的胚胎細胞系進行了研究。讓研究人員感到好奇的是，有些 Hoxd 基因既參與了上下肢的形成，又參與了掌的形成，但在腕部發(fā)育時這些基因不表達。

研究人員指出， Hoxd 基因簇的兩端分別存在兩個拓撲結構域，這兩個結構域執(zhí)行截然不同的調控功能?？拷肆５恼{節(jié)域首先啟動與上下肢發(fā)育有關的轉錄，而靠近著絲粒的調節(jié)域隨后啟動與掌發(fā)育有關的轉錄。在發(fā)育的不同階段，特定 Hoxd 基因在上述兩個調節(jié)域之間轉換，通過構象改變分別與二者相互作用。這相當于一個遺傳學轉錄開關，其發(fā)出的信號實現(xiàn)了從上下肢到掌的發(fā)育過渡。

不過，這兩個調節(jié)域之間還存在一個中間地帶，這一地帶脫離了兩個調節(jié)域的控制，相當于開關的空檔，不激活基因轉錄。正是這一區(qū)域，使上下肢與掌之間生成了形態(tài)學上的關節(jié)。

研究人員表示，這兩個調節(jié)域的組織形式，使它們具有結構和功能上的獨立性，這在調節(jié) Hoxd 基因表達時非常關鍵。