Млекопитающие имеют сотни генов, которые кодируют различные обонятельные рецепторы, только с одним типом рецепторов экспрессирующимся в индивидуальном сенсорном нейроне. Это позволяет различать восприятие запаха и создает загадку в терминах регуляции генов: как клетки выбирают один рецепторный ген для экспрессии из этого огромного выбора? В работе Richard Axel с коллегами дается ответ на этот мистический вопрос, они выявили дальнодействующие взаимодействия внутри генома, которые являются ключевыми.

Одна из моделей для объяснения того, как одиночный odorant receptor (OR) выбирается для экспрессии использует предполагаемый энхансерный элемент, который может активировать все OR гены, но взаимодействует только с одним из них - выбор происходит случайно - в каждой клетке. Кандидатом на роль энхансера в этой модели является H enhancer, который является цис-регуляторным элементом для некоторых из OR генов, Чтобы протестировать, может ли этот энхансер взаимодействовать также в транс-положении и активировать др. гены этого класса, авт. использовали технику chromosome conformation capture (3C), которая связана с поперечными сшивками хроматина и использованием PCR для идентификации взаимодействующих ДНК последовательностей. Будучи примененным к хроматину их обонятельных нейронов мышей, он показал, что H enhancer на самом деле контактирует с OR генами, локализованными на некоторых др. хромосомах.

Если H enhancer является транс-действующим активатором для OR генов, то он д. контактировать с определенным промотором OR гена в клетках, которые экспрессируют соотв. кодируемый рецептор. Axel с коллегами подтвердили это, использовав fluorescence in situ hybridization (FISH)с зондщами, специфическими для H enhancer и OR промоторов. Путем осуществления комбинированных ДНК FISH для H enhancer и RNA FISH для специфических транскриптов они также показали, что энхансер взаимодействует специфически с активно транскрибируемым аллелем OR.

Как экспрессия одиночного рецепторного гена гарантируется, когда две аллельные копии H enhancer присутствуют в геноме? Авт. показали, что субнабор H аллелей метилируется по CpA динуклеотидов только в обонятельных нейронах. Хотя функциональные эффекты такого типа модификаций пока неясны, но такое метилирование может служить средством, с помощью которого эти нейроны инактивируют один из аллелей H в каждой клетке. Альтернативная модель, подтвержденная предыдущими исследованиями, говорит, что как только OR ген активируется одним из аллелей H, то с помощью механизма негативной петли обратной связи предупреждается второй аллель от активации экспрессии второго OR. Возможно также, что оба механизма оперируют, чтобы гарантировать четкую регуляцию экспрессии OR.

Авт. наблюдали за эффектом введения дополнительных копий H энхансера. Чтобы избежать осложнений с негативной петлей обратной связи, вызываемой инициальной экспрессией одного OR, оценивали активацию OR псевдогенов - которые потеряли свою способность кодировать белок. Как и предполагалось, мыши, несущие дополнительные трансгенные копии H, обнаруживали ко-экспрессию OR гена и OR псевдогена, подтверждая тем самым важность активации одиночного H аллеля для активации одиночного OR гена. This study has answered a long-standing riddle, explaining how the stochastic choice of a single receptor gene from a wide array of candidates can be achieved in the mammalian olfactory system. It also provides another striking example of the importance of interchromosomal interactions, which is emerging as an important theme in the regulation of eukaryotic gene expression.