• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24.02.2022
Сколтех
1 230

Ученые исследовали влияние упаковки ДНК на активность генов

4.7

Группа российских ученых из Сколтеха, Института молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт», МГУ имени М. В. Ломоносова и других организаций исследовали механизм активации генов в половых клетках мух дрозофил на этапе перехода между двумя ранними стадиями развития сперматозоидов. Аналогичный механизм действует и в организме человека, что приводит к различиям между клетками мышц, нервов, печени и других органов, и, возможно, между здоровыми и больными клетками. Ученые пришли к выводу, что активность той или иной группы генов определяется во многом трехмерной структурой, которую принимает ДНК. Полученные результаты – новый шаг в понимании механизмов и причин возникновения заболеваний, связанных с упаковкой ДНК.

Ученые исследовали влияние упаковки ДНК на активность генов / ©Getty images / Автор: Павел Сорокин

Работа опубликована в журнале Nucleic Acids Research. При отсутствии генетических заболеваний и операций по пересадке органов, все клетки организма человека, кроме репродуктивных, несут одинаковую ДНК. Различия в облике и поведении клеток мозга и, например, клеток сердца объясняются наличием в ДНК особого набора генов, которые активируются по-разному в зависимости от типа ткани и стадии развития.

Механизмы, лежащие в основе так называемой регуляции генов, до сих пор неизвестны, однако ученые предполагают, что они во многом зависят от того, как ДНК упакована внутри клеточного ядра. «ДНК – это двухметровая молекула, плотно упакованная в клеточное ядро, поперечный размер которого составляет около одной сотой миллиметра. В зависимости от конкретной трехмерной конфигурации ДНК, области, несущие разные гены, либо являются доступными для их активации белками, либо спрятаны там, куда белки не могут проникнуть и, следовательно, не могут активироваться», − рассказывает старший преподаватель Сколтеха Екатерина Храмеева.

Если сама упаковка ДНК определяет способность клеток «решать», какие гены активны, а какие нет, то любые аномалии в упаковке ДНК могут привести к нарушениям регуляции генов и развитию заболеваний. «На сегодняшний день лишь о нескольких заболеваниях точно известно, что они связаны с нарушениями в упаковке ДНК, но, вероятно, таких заболеваний гораздо больше. Все дело в том, что метод картирования конформации ДНК, т.е. пространственной конфигурации молекулы внутри ядра, появился только в 2009 году», − отмечает Екатерина.

«Определить и сравнить конформацию ДНК в здоровой и больной клетках недостаточно. Чтобы понять механизм заболевания и найти способы его лечения, необходимо точно знать, каким образом нарушения в упаковке ДНК влияют на функционирование генов при каждом конкретном расстройстве», − добавляет младший научный сотрудник Сколтеха Анна Кононкова.

«Пока мы лишь пытаемся разобраться в общих закономерностях влияния упаковки ДНК на регуляцию генов. В качестве модели мы использовали муху дрозофилу, а, точнее, ее сперматогоний. Это незрелая половая клетка, которая превращается в «предшественника» сперматозоида – сперматоцит», − уточняет Кононкова.

Продолжая тему, Екатерина Храмеева добавляет: «Сперматогонии и сперматоциты соответствуют двум разным стадиям формирования одной и той же клетки. При переходе от одной стадии к другой активируется до тысячи генов, а значит, все механизмы, отвечающие за регуляцию генов, на этапе перехода должны работать в полную силу. Таким образом, если в этом процессе задействованы изменения в упаковке ДНК, они должны каким-то образом обнаруживать себя».

«И действительно, мы наблюдали некоторое ослабление структуры на тех участках ДНК, где присутствовали активированные гены, что хорошо согласуется с нашим интуитивным предположением о том, что эти участки должны каким-то образом «раскрыться», чтобы активирующим белкам было легче до них добраться», − поясняет Екатерина.

Ученые также отметили, что при изменениях в форме молекулы ДНК активированные гены начинали концентрироваться в определенных местах. Это подтверждает гипотезу о том, что синтез РНК, то есть копирование информации из активных генов для создания белков, происходит не в произвольных местах по всему клеточному ядру, а лишь в определенных точках – так называемых «фабриках транскрипции».

Чтобы получить эти результаты, ученые провели эксперименты с большим объемом вычислений, используя метод анализа конформации ДНК, известный как Hi-C. Это позволило количественно оценить вероятность обнаружения каждого мелкого фрагмента ДНК, расположенного по соседству с каждым другим фрагментом. Таким образом, вместо того, чтобы создавать красивую трехмерную картинку упаковки молекулы ДНК в клеточном ядре, ученые при помощи этого метода получили набор чисел, которые для квалифицированного специалиста выглядят практически идентично трехмерной картинке.

Документальное подтверждение изменений в упаковке ДНК в сочетании с массовой активацией генов − еще один шаг вперед в понимании механизмов регуляции генов и связанных с ними заболеваний. В дальнейших исследованиях ученые намерены выяснить, в частности, существуют ли сходства в функциях генов мухи дрозофилы, если они контактируют друг с другом чаще, чем случайные фрагменты ДНК.

Исследование проводилось с участием специалистов Сколковского института науки и технологий (Сколтех), Института молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт», Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН, Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, Новосибирского государственного университета, Института биологии гена РАН и МГУ имени М. В. Ломоносова. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

Вчера, 15:14
Редакция Naked Science

Ожирение за последние 50 лет стало встречаться втрое чаще и заняло устрашающую пятую позицию в причинах смерти. Не отстает от него и диабет второго типа. Исследователи из Мичиганского университета предложили новый метод пятикратного увеличения эффективности в снижении аппетита и потере веса.

19 июля
Татьяна

В мире все большую популярность завоевывают изображения и звуки, созданные методами глубокого обучения. Их называют дипфейками. Настоящий тренд — подделка с помощью ИИ фото и видео знаменитостей. Установить их подлинность сложно даже специалистам. Что, если попробовать астрономические методы? Этим путем пошли ученые из Великобритании. Объект их исследования — анализ отражений в зрачках людей.

17 июля
Андрей

На Индийском субконтиненте водится необычный и редкий медведь, который питается фруктами, муравьями и термитами. Но в то же время он чаще других сородичей нападает на людей, нередко убивая их. Речь идет о насекомоядных губачах, поведение которых недавно изучили зоологи. Они решили выяснить, почему этот совсем не хищный зверь так часто прибегает к жестокости при встрече с человеком.

15 июля
Юлия Трепалина

Синдром самозванца, при котором люди испытывают чувство незаслуженности своих успехов, не раз становился предметом исследований. В свежем метаанализе американские психологи рассмотрели свыше сотни научных работ по этой теме и обнаружили четкую тенденцию: женщины набирали больше баллов в тестах на выявление этого состояния.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно