Новое исследование, проведенное лабораторией развития коры головного мозга SISSA, раскрыло удивительные аспекты работы гена FOXG1. Этот ген, как оказалось, не только регулирует транскрипцию РНК, но и напрямую участвует в трансляции, то есть производстве белка. Это открытие поднимает множество вопросов о том, как эволюционировал этот сложный механизм и как он влияет на развитие нервной системы.
Ген FOXG1 играет важную роль в формировании и функционировании коры головного мозга, которая отвечает за такие функции, как сенсорное восприятие и сознательное мышление. Мутации в этом гене могут привести к синдрому FOXG1, редкому генетическому заболеванию, сопровождающемуся структурными и функциональными аномалиями мозга.
Первой неожиданностью стало обнаружение способности FOXG1 регулировать синтез белка. Это явление крайне редко встречается среди транскрипционных факторов и требует тщательного анализа. Ген локализуется не только в ядре нейрона, где он взаимодействует с ДНК, но и в цитоплазме, включая аксоны и дендриты. Биоинформатический и структурный анализ показал, что FOXG1 может напрямую взаимодействовать с механизмами производства белка, что ранее считалось невозможным.
Исследователи провели серию экспериментов, чтобы подтвердить способность FOXG1 влиять на трансляцию мРНК. Манипулируя количеством белка в клетке, они обнаружили значительные расхождения между уровнями белка Grin1 и соответствующей мРНК. Это доказало, что FOXG1 воздействует на скорость синтеза белка, а не на его деградацию. Кроме того, было выявлено взаимодействие FOXG1 с мРНК и ключевыми факторами, участвующими в трансляции.
Масштабный анализ показал, что около 300 генов демонстрируют изменения в рекрутировании их мРНК-рибосом в ответ на изменения экспрессии FOXG1. В половине случаев рекрутирование стимулировалось, а в другой половине — ингибировалось. FOXG1 взаимодействует с мРНК многих из этих генов, влияя на движение рибосом по ней. В некоторых случаях изменения уровня FOXG1 приводили к ощутимым изменениям скорости трансляции мРНК.
Существует две основные гипотезы, объясняющие эволюцию двойной функции гена FOXG1. Первая предполагает, что дупликация гена может привести к разделению его функций, что особенно важно для генов, регулирующих развитие нервной системы. Вторая гипотеза заключается в том, что FOXG1 способствует передаче сложных профилей экспрессии, обеспечивая высокоэффективную передачу структурированных моделей пространственно-временной регуляции.
Открытие двойной функции гена FOXG1 открывает новые горизонты в понимании механизмов развития мозга и эволюции сложных генетических систем. Это исследование подчеркивает важность точной настройки дозировки генов и их взаимодействия для обеспечения правильного функционирования нервной системы.
Литература:
Osvaldo Artimagnella et al, Foxg1 regulates translation of neocortical neuronal genes, including the main NMDA receptor subunit gene, Grin1, BMC Biology (2024). DOI: 10.1186/s12915-024-01979-x