Исследователи Openlab Экстремальная биология Института фундаментальной медицины и биологии КФУ совместно с японским институтом РИКЕН получили новые геномные данные об эмбриональном развитии птенца курицы, схожего по процессам развития с человеческим эмбрионом.

Научная работа проводилась в рамках проекта ФАНТОМ (Функциональная аннотация геномов млекопитающих) и российско-японского гранта РНФ. Результаты исследований опубликованы в сентября в американском PLOSBiology.

Среди научных организаций, задействованных в работе, помимо КФУ и РИКЕН значится также университет Кумамото. Известно, что часть работы проводилась в Японии.

Для справки. ФАНТОМ (англ. FANTOM — Functional Annotation of the Mammalian Genome) — международный исследовательский консорциум, основанный доктором Хаяшизаки и его коллегами в 2000 году с целью функционального аннотирования полноразмерных кДНК, которые были собраны в ходе проекта The Mouse Encyclopedia в научном центре RIKEN. С тех пор ФАНТОМ стал самостоятельным и развитым проектом, который затрагивает разные сферы анализа траскриптомов.

Важно заметить, что научная работа имеет несколько перспективных практических аспектов: это и возможность восполнить недостаток геномных данных об эмбриональном развитии человека, изучение которого не представляется возможным по этическим соображением, а также возможность узнать больше о способности цыплят к гибернации. Известно, что птенцы курицы способны останавливать свое развитие при понижении температуры и возобновлять его при возвращении к температурной норме. По словам исследователей, в перспективе, при должном изучении этого процесса, есть возможность переноса этой способности на клетки и ткани человека.

 «Полученные нами результаты на данном этапе представляют собой организованную базу данных о работе промотеров в куриных эмбрионах на разных стадиях развития, а вышедшая статья является «sourсe paper», которая содержит аннотацию, описание основных свойств этих промотеров а также данные по активности связанных с ними генов.

В проекте ФАНТОМ часто используется метод CAGE (кэп-анализ экспрессии генов, используемый в молекулярной биологии) для определения точки начала транскрипции генов, - рассказывает м.н.с. НИЛ Экстремальная биология ИФМиБ Руслан Девятияров. – С помощью CAGE уже были идентифицированы промоторы отдельных тканей, клеток человека, мыши, дрозофилы, и других модельных организмов.

Известно, что по этическим причинам нет возможности проводить исследования человеческого эмбриона. Поэтому проекту не хватало данных по эмбриональному развитию. Мы считаем, что ближайший организм, который подходит на эту роль, – это домашняя курица (Gallus gallus), потому что, как и человек, она относится к амниотам с достаточно консервативным развитием.

Мы взяли для исследования биообразцы с момента, когда яйца откладываются, до самого момента вылупления цыплят, приготовили CAGE библиотеки, секвенировали их и картировали. Таким образом мы сделали полногеномную аннотацию точек инициации транскрипции на разных этапах эмбриогенеза курицы. Кроме того, мы добавили данные по некоторым тканям и клеткам – гепатоцитам, клеткам гладкой мускулатуры аорты, мезенхимы, ног и крыльев в момент их появления на третий день развития эмбриона. Полученные же нами транскриптомные данные могут быть использованы, к примеру, для сравнения эволюции промотеров или для определения ключевых транскрипционных факторов, генов или их изоформ, которые участвуют в формировании тканей. Для валидации аннотированных промотеров мы показали в нашей статье, как некоторые из известных ткане-специфичных генов, а также маркеров плюрипотентности меняют свою активность в ходе развития эмбрионов».

По словам исследователя, ФАНТОМ занимается, в основном, млекопитающими, а изучение птенцов курицы - не основная цель проекта. Но после успешного применения метода CAGE для аннотации промотеров, участвующих в эмбриогенезе, было решено продолжить исследование цыплят. Надо сказать, что особый интерес у исследователей, как у коллектива, который изучает экстремальные состояния организмов (такие как анабиоз, ангидробиоз (состояние скрытой жизни при утрате большей части воды в организме)) – вызывает способность эмбриона курицы останавливать свое развитие при понижении температуры. Эта способность к гибернации в настоящее время мало изучена и интересна, прежде всего, перспективой практического применения научных результатов.

«Когда курица уходит с насеста, эмбрионы перестают развиваться до того момента, пока температура опять не поднимется до нормы. То есть, если яйца охладить до 16 градусов, они перестают развиваться и эмбрионы впадают в состояние гибернации, - комментирует Руслан Девятияров. - Гибернация у цыплят – это, конечно, не настолько экстремальное состояние, как ангидробиоз, но такой механизм может быть проще адаптирован к тканям и клеткам человека. Так, определение ключевых молекулярных компонентов регуляции этого процесса станет продолжением нашей работы». 

Созданная исследователями база данных находится в публичном доступе и имеет понятную и удобную визуализацию в браузере Zenbu.