牽一髮動全身! 破解 Hox 基因精準調控動物發育之謎

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Hox 是一個古老基因,它們存在所有動物物種中,即使是原始的水母。每種類型的生物都具有不同 Hox 的組合。果蠅有 8 個 Hox 基因,而人類有39 個。它們能決定胚胎的成長,包括頭部、腿部和其他身體部位的位置。然而,人們卻不知道 Hox 如何調控人類或其他生物體的發育。

近日,由哥倫比亞大學和西班牙國家研究委員會組成的研究團隊發現,在果蠅整個發育體內細胞中的一個調節 DNA 的小片段 vvI1+2 都很活躍,而且它受到 8 個 Hox 基因皆能調控它,進而影響果蠅的發育。該研究結果刊登於《Nature Communications》。

該研究團隊開發一種強大的演算法,來精確定位特定轉錄因子與 DNA 結合的位置,即使這些結合位點非常小且難以捕獲。在該研究中,他們聚焦於 vvI1+2 結合的 Hox 轉錄因子和 Hox 輔因子(cofactor)。然後發現,Hox 蛋白的調節取決於三種模式的組合。其一為 Hox-輔因子依賴性 DNA 結合特異性;其二為 Hox-單體(monomer)結合位點;其三是 Hox-合作蛋白陰性與陽性之間的相互作用。

此外,他們也在文昌魚直系同源體(Amphioxus orthologs)發現類似的調控作用。從此得知,上述三種機制從昆蟲到脊椎動物都是保守的。

雖然該研究發現的 Hox 基因調控發育的機制僅是冰山一角,卻是人類發育研究的一大步。「此來拋磚引玉,卻引得箇墼子」,未來相信將有更多研究能揭露胚胎發育的機制,以及它們與疾病的關係。

延伸閱讀:【探索生命講座】 胚胎發育之身體塑形

參考資料:
1. Nature Communications, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-11416-1
2. https://zuckermaninstitute.columbia.edu/biological-rosetta-stone-how-body-built

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