Активність генів, що формують частини тіла зародка, залежить від їх слабких взаємодій з білками-регуляторами.
Розвиток ембріона будь-якої тварини визначається важливою групою генів, які називаються гомеозисними, або Hox-генами. Вони в буквальному сенсі визначають план майбутнього тіла: де бути рукам, де - ногам, де буде голова, де на голові будуть антени (якщо ми говоримо про комах) тощо. Знаменита мутація, коли у дрозофіли замість антен на голові виростають ноги, пов'язана якраз з гомеозисними генами. У різних тварин є свої набори Hox-генів (у дрозофіли таких генів всього 8, а у людини - 40), проте функціонують вони багато в чому за схожими принципами. Наприклад, вони включаються в строго визначеному порядку: спочатку спрацьовують ті, які відповідають за формування голови та органів на ній, потім ті, які відповідають за груди, і в останню чергу запускаються «задньо-хвостові» Hox.
Схожість у будові та функціонуванні гомеозисних генів поставила перед біологами загадку, яку вони багато років ніяк не могли дозволити. Як Hox-гени визначають план будови організму? Вони кодують білки, звані транскрипційними факторами, чия робота - регулювати активність інших генів. Транскрипційний фактор сідає на ДНК і тим самим заважає або допомагає молекулярній машині, яка знімає РНК-копію з гена (а РНК-копія, як ми знаємо, потрібна для синтезу білка). Hox-гени - один з вищих рівнів управління, факторам транскрипції, які вони кодують, «підвладні» гени, що відповідають за формування різних частин тіла, цілих органів. Очевидно, що у різних Hox-білків повинні бути свої характерні мішені, тобто одні з них повинні зв'язуватися «генами голови», інші - з «генами грудей» і т. д. Загадка ж була в тому, що, коли почали вивчати специфічність Hox-білків, виявилося, що всі вони однаково зв'язуються з будь-яким з «підвідомчих» генів. Тобто білковий фактор, що відповідає за появу голови, з однаковою силою взаємодіяв як з генами-будівельниками голови, так і з генами-будівельниками задньої частини тіла. Але, якщо гени-керуючі однаковою мірою зв'язуються з усіма генами-виконавцями, як досягається специфічність і роботи тих та інших у різних відділах ембріона?
Проблему вдалося вирішити Девіду Стерну (David Stern), Річарду Манну (Richard Mann) і їхнім колегам з Колумбійського університету та Медичного інституту Говарда Хьюза. Як виявилося, біологи весь цей час упускали з уваги, що Hox-білки можуть слабо зв'язуватися ще з додатковими ділянками ДНК. Ключове слово тут «слабко», тому що в полі зору дослідників були такі послідовності в генах- «виконавцях», з якими транскрипційні фактори зв'язувалися сильно - саме такі послідовності шукали в геномі і саме їх пильно вивчали.
У статті Cell автори описують регуляторні послідовності іншого роду, які зібрані разом по кілька штук, утворюючи кластери зв'язування (уточнимо, що мова йде про кластери ДНК-послідовностей, що належать до одного гену, а не про кластер декількох генів). Білки-керуючі за допомогою додаткових молекул-кофакторів, які допомагають їм розпізнавати певні ділянки в ДНК, взаємодіють з кластером «слабких» послідовностей і включають пов'язаний з ними ген. Суть тут в тому, що якщо в кластері таких послідовностей буде мало (або взагалі одна штука), то ніякого ефекту не буде, білок-керуючий не зможе пересунути генетичний перемикач.
Очевидно, що використовуючи слабкі взаємодії білка і ДНК, можна здійснити тонке налаштування генетичної активності. Так можна не тільки окремо регулювати роботу різних генів-виконавців, але і по-різному активувати одного і того ж виконавця в різних ділянках тіла. Наприклад, можна уявити, що в клітинах грудного відділу у якогось гена буде більше ділянок слабкої взаємодії, ніж у клітинах хвостового відділу, і в результаті в грудях він буде працювати активніше, ніж у хвості. Ефект залежатиме і від кількості самого керуючого Hox-білка, і, крім того, така взаємодія легше піддається впливу з боку навколишніх умов, наприклад, температури.
Хоча дослідники працювали тільки з одним з Hox-генів, є всі підстави вважати, що такий же механізм використовують і інші представники цього сімейства. Більш того, автори роботи висловлюють припущення, що слабкі взаємодії взагалі можуть грати дуже велику роль в управлінні генами - інша справа, що такі взаємодії зазвичай недооцінюють і не завжди навіть помічають. Можливо, саме в них криється ключ до того, щоб навчитися керувати власним генетичним апаратом, в тому числі і в медичних цілях.