从蚂蚁到人类的每一种动物都在其基因组中包含称为Hox基因的DNA片段。身体的建筑师，这些基因是身体蓝图的守护者; 它们决定了胚胎如何成长为成年人，包括发育中的动物将其头部，腿部和其他身体部位放在哪里。

科学家长期以来一直在寻找解释Hox基因如何创建这个人体图的方法; 解码我们如何构建身体的关键。

现在，来自西班牙塞维利亚的Pablo de Olavide大学的哥伦比亚大学和西班牙国家研究委员会（CSIC）的国际研究小组发现了一个这样的关键：一种可以系统地确定每个Hox基因在发展中的作用的方法。果蝇。他们最近在Nature Communications报道的结果为研究人员提供了一条新的道路，希望能够理解一个混乱和精确的平等过程，这对于理解生长和发育以及衰老和疾病至关重要。

“包含数千个基因和数百万个DNA字母的基因组是有史以来最复杂的代码，”哥伦比亚大学Mortimer B. Zuckerman思维脑行为研究所首席研究员，该论文的共同资深作者Richard Mann博士说。 。“解密这段代码已经证明是如此困难，因为进化论在几十万年的时间里开始编写它。今天的研究提供了破解代码的关键，使我们比以往更加接近理解Hox基因如何构建健康的身体，或者如何这个过程在疾病中被打乱了。“

Hox基因很古老; 它们可以在所有动物物种中找到。即使是原始的水母也有它们。每种类型的生物都具有这些基因的不同组合。果蝇有8个Hox基因，而人类有39个。

这些基因通过产生称为转录因子的特殊蛋白质起作用，这些蛋白质与称为Hox辅助因子的类似蛋白质结合，与不同的DNA片段结合，并在恰当的时间打开和关闭许多其他基因 - 一种微观比例的Rube Goldberg机器。

“因为这些基因错综复杂地参与了发育的许多方面，所以已经证明隔离单个Hox基因并追踪它们随时间推移的活动具有极大的挑战性，”Centro Andaluz de Biologi的首席研究员James Castelli-GairHombría博士说。位于Pablo de Olavide大学的del Desarrollo和该论文的共同资深作者。“我们有这个难以置信的复杂方程式来解决，但有太多未知因素可以取得重大进展。”

最近，Hombría博士和他的团队有点运气。在研究正在发育的果蝇中的遗传活动时，他们偶然发现了一小块调节DNA，称为vvI1 + 2，它具有不寻常的 - 令人惊讶的 - 属性。虽然它在果蝇整个发育体内的细胞中都很活跃，但它似乎受到所有果蝇的八个Hox基因的调控。

“整个正在发育的果蝇中vvI1 + 2 DNA片段无处不在，加上每个Hox基因接触它的事实，使其成为研究Hox基因家族的理想系统，”CarlosSánchez-Higueras博士说。 ，Hombría实验室的博士后研究员和论文的第一作者。“在这片DNA中，我们有了完美的工具;我们现在可以设计一种方法来系统地操纵vvI1 + 2活性，看看每个Hox基因是如何起作用的。”

首先，Sánchez-Higueras博士与哥伦比亚大学扎克曼研究所的Mann博士合作，使用了一种名为No Read Left Behind或NRLB的复杂计算机算法。NRLB最近由他的实验室Mann博士和他的合作者开发，包括哥伦比亚系统生物学教授Harmen Bussemaker博士。这种强大的算法精确定位了转录因子与一段DNA结合的位置，即使这些结合位点非常弱且难以捕获。在这项研究中，研究人员专注于与vvI1 + 2结合的Hox转录因子和Hox辅因子。

“我们的分析提供了vvI1 + 2中Hox结合位点的精确路线图，然后我们可以将其应用于活果蝇，”Mann博士说，他也是希金斯生物化学和分子生物物理学教授（系统生物学）在哥伦比亚大学的Vagelos医师和外科医生学院。

通过在生命或体内飞行胚胎中结合优雅的遗传操作，结合先进的生化和计算分析，研究人员可以系统地以前所未有的精确度操纵Hox目标活动。

“我们现在有一个起点可以系统地解码Hox基因调控，”Hombría博士说，“一种帮助我们破译身体发育遗传学的Rosetta Stone。”

研究人员的发现特别有希望，因为它们可以应用于整个基因组。Hox基因调节vvI1 + 2的步骤可以告知Hox基因如何调节其他DNA，不仅仅是在果蝇中，而是在果蝇之外 - 包括脊椎动物，如哺乳动物，甚至人类。

“虽然有许多关于Hox基因仍有待阐明，但我们的工作是向前迈出的重要一步，”Sánchez-Higueras博士说。“这些持续不断的努力，加上我们同行的努力，将有助于阐明整个系统如何在不断增长的胚胎中共同发挥作用，以及它们如何为疾病做出贡献。”