Regulation of Hoxd gene collinear expression in developing limb buds

当胚胎开始分化发育时，机体的构造方案会在数天内制定并实施。而被称为“建筑师”的 Hox 基因家族，负责协调四肢和脊椎的发育，在特定时间“发布”的指令。

日前，瑞士联邦理工大学（Federal Institute of Technology）与日内瓦大学和欧洲分子生物学实验室的研究人员合作，发现 Hox 基因在染色体上的排列，遵循着相应结构的出现顺序，例如从肩部、手臂zui后到手。研究显示，以上述排列为基础，不同调节域可以在拓扑水平上，协调肢体各部件的发育。

在小鼠的肢体形成过程中， Hoxd 基因簇分为先后两批进行转录，先发育形成上下肢，然后再形成掌。

研究人员表示，此前我们发现，负责掌发育的基因由增强子控制，这段特殊的DNA序列位于 Hoxd 基因簇附近。根据增强子的活性强度，这一调节区域具有不同的三维结构。

在这项研究中，研究人员又发现了另一个调控区域，它位于 Hoxd 基因簇的另一端，负责上下肢的发育。他们发现有些 Hoxd 基因只关联两个调节域中的一个，有些则会与二者都发生相互作用。

为了分析肢体形成的分子过程，理解从上下肢、腕部再到掌的发育过渡，研究人员使用复杂的基因工程和分子生物学技术，对鼠类的胚胎细胞系进行了研究。让研究人员感到好奇的是，有些 Hoxd 基因既参与了上下肢的形成，又参与了掌的形成，但在腕部发育时这些基因不表达。

研究人员指出， Hoxd 基因簇的两端分别存在两个拓扑结构域，这两个结构域执行截然不同的调控功能。靠近端粒的调节域首先启动与上下肢发育有关的转录，而靠近着丝粒的调节域随后启动与掌发育有关的转录。在发育的不同阶段，特定 Hoxd 基因在上述两个调节域之间转换，通过构象改变分别与二者相互作用。这相当于一个遗传学转录开关，其发出的信号实现了从上下肢到掌的发育过渡。

不过，这两个调节域之间还存在一个中间地带，这一地带脱离了两个调节域的控制，相当于开关的空档，不激活基因转录。正是这一区域，使上下肢与掌之间生成了形态学上的关节。

研究人员表示，这两个调节域的组织形式，使它们具有结构和功能上的独立性，这在调节 Hoxd 基因表达时非常关键。