• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
28.03.2019
ФизТех
14 433

Ученые узнали, о чем сигнализируют CpG-светофоры в ДНК

3.9

Группа исследователей, в которую входят биоинформатики из МФТИ, обнаружила надежные маркеры активности генов. Это открытие в будущем может найти применение в клинической практике.

Светофор для генов / ©@tsarcyanide / Пресс-служба МФТИ

Результаты опубликованы в журнале BMC Genomics.

В рамках химии макромолекула ДНК — полимер, иначе говоря, полинуклеотид, состоящий из повторяющихся блоков, называемых нуклеотидами. Их всего четыре, и они отличаются друг от друга азотистыми основаниями: аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (С).

Участок последовательности ДНК, где нуклеотиды C и G расположены последовательно один за другим с фосфатом (р) между ними, называется CpG-динуклеотидом.

Гены — это участки ДНК, которые несут в себе основную информацию об РНК и белках, производимых клеткой. В разных типах клеток одного организма последовательность ДНК обычно одинакова, но наборы «работающих» генов, с которых синтезируются РНК в данный момент, существенно отличаются.

Ученые узнали, о чем сигнализируют CpG-светофоры в ДНК
Выделенная часть — CpG-динуклеотид, справа — двойная цепь ДНК / ©@tsarcyanide / Пресс-служба МФТИ

Это происходит благодаря регуляторным механизмам, грубо говоря, включателям и выключателям того или иного гена, которые запускают или приостанавливают производство той или иной РНК. Начиная с некоторого уровня сложности организмов в ходе эволюции уже не происходит значительного увеличения числа или разнообразия генов, но становятся сложнее регуляторные программы, обеспечивающие активность нужных генов в нужный момент.

На данный момент хорошо изучено два больших класса механизмов, регулирующих транскрипцию генов (синтез РНК): регуляция с помощью факторов транскрипции и эпигенетическая регуляция. Факторы транскрипции — это регуляторные белки, которые могут связываться с ДНК, распознавая определенные последовательности нуклеотидов в регуляторных районах генов.

Связываясь с ДНК, факторы транскрипции привлекают специальную клеточную машинерию, которая начинает считывать РНК именно с этого гена. Их на данный момент известно множество (у человека — более полутора тысяч), а их комбинации регулируют не только «факт» начала транскрипции, но и ее активность.

Эпигенетическая регуляция — набор механизмов, приводящих к изменению активности гена без изменений в первичной структуре ДНК. Метилирование ДНК — один из этих механизмов. Чаще всего метильная группа (CH3) присоединяется к цитозину в составе CpG-динуклеотида, выступая в роли сигнальной метки, которая в итоге влияет на то, какие гены будут активны, определяя клеточный тип.

Неудивительно, что метилирование ДНК связано со множеством биологических процессов, нормальных и патологических. Аномальное метилирование ДНК можно встретить при раке, нарушении обмена веществ, сердечно-сосудистых, нейродегенеративных и других заболеваниях.

Ученые узнали, о чем сигнализируют CpG-светофоры в ДНК
Метилирование цитозина — присоединение метильной группы CH(слева), в цепи ДНК (справа), фиолетовый кружок — метильная метка / ©@tsarcyanide / Пресс-служба МФТИ

Метильная группа может присоединяться к цитозину в разных местах ДНК, и действовать она в них будет по-разному. Например, метилирование участков вокруг старта транскрипции чаще всего приводит к подавлению активности гена. Метилирование цитозинов внутри гена, вдали от старта, наоборот, обычно отражает его активацию.

Ученые узнали, о чем сигнализируют CpG-светофоры в ДНК
Красным выделены CpG-динуклеотиды — светофоры, метилирование которых сильно коррелирует с активностью гена. Показаны промоторная область гена, место начала транскрипции, тело гена (наверху) / ©@tsarcyanide / Пресс-служба МФТИ

«В своих предыдущих работах мы показали, что метилирование некоторых конкретных CpG-динуклеотидов тесно взаимосвязано с активностью генов. Позиции таких динуклеотидов мы назвали CpG-светофорами. На новом этапе мы выяснили, что метилирование CpG-светофоров более точно показывает активность генов, чем метилирование промотора или тела гена в целом.

А также продемонстрировали, что энхансеры — удаленные от генов участки, регулирующие их активность — обогащены CpG-светофорами», — пояснила Юлия Медведева, ведущий автор исследования, заведующий группой регуляторной транскриптомики и эпигеномики ФИЦ биотехнологии РАН, доцент кафедры биоинформатики и системной биологии МФТИ.

«Мы увидели, что CpG-светофоры сохраняются в процессе эволюции, то есть эти позиции реже мутируют, что свидетельствует об их функциональной значимости», — уточнила Анна Лиознова, аспирантка ФИЦ биотехнологии РАН.

«Ранее мы думали, что основное, что делают CpG-светофоры, — переключают участки связывания факторов транскрипции из активного в пассивное состояние. Удивительно, но оказалось, что этот объяснимый и ранее описанный в литературе механизм глобально встречается крайне редко и может объяснить работу только малой доли светофоров.

Мы предполагаем, что работа светофоров тесно связана с „картой“ активности районов ДНК (то есть „состоянием хроматина“), но конкретные механизмы только предстоит найти и изучить», — добавил Иван Кулаковский, один из авторов исследования, сотрудник ИМБ РАН и Института математических проблем биологии РАН.

CpG-светофоры — это CpG-динуклеотиды, метилирование которых отражает активность расположенного неподалеку гена. Иначе говоря, такие динуклеотиды могут сигнализировать, будет ли синтезироваться РНК с данного гена и впоследствии производиться белок. Изучая CpG-светофоры, ученые надеются понять механизмы генной регуляции.

В практической деятельности, например в клинике, определение статуса метилирования цитозинов надежнее, чем прямое измерение активности генов, поэтому есть надежда, что получится использовать CpG-светофоры в клинической практике в качестве хорошего индикатора генной активности.

Работа была проделана коллективом ученых из ФИЦ биотехнологий РАН, Института общей генетики (ИОГен) имени Вавилова РАН, МФТИ, Института математических проблем биологии РАН, Института молекулярной биологии (ИМБ) имени Энгельгардта РАН, Института проблем передачи информации РАН, МГУ и НИЦ вычислительной биологии Университета науки и техники имени короля Абдаллы (Саудовская Аравия).

Исследование было поддержано Российским фондом фундаментальных исследований и Российским научным фондом.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Сегодня, 12:00
НИУ ВШЭ

Федеральная программа материнского капитала (и ее региональные аналоги) действительно приводит к тому, что семьи чаще и быстрее решаются завести второго ребенка. К такому выводу пришли сотрудники Исследовательской рабочей группы по экономико-математическому моделированию демографических процессов факультета экономических наук НИУ ВШЭ.

Позавчера, 18:28
Анна Новиковская

Историки долго мучились вопросом, почему древние римляне — те же, что сумели выстроить множество великолепных произведений архитектурного искусства, — с завидной регулярностью изготавливали странно асимметричные игральные кости, похожие на плохо слепленные детские поделки. Теперь у них есть возможный ответ на эту загадку.

6 августа
Анна Новиковская

Ученые выяснили, что саранча способна не только различать здоровые и раковые клетки по запаху, но и отличать одни линии раковых клеток от других. Теперь эти данные могут быть использованы для создания диагностических устройств, которые смогут обеспечить раннее обнаружение опухолей у пациентов, анализируя состав выдыхаемого им воздуха.

6 августа
Сергей Васильев

Наблюдения показали, что планеты — мини-нептуны могут терять атмосферу под действием излучения своих звезд, переходя в группу каменистых планет-сверхземель.

Сегодня, 12:00
НИУ ВШЭ

Федеральная программа материнского капитала (и ее региональные аналоги) действительно приводит к тому, что семьи чаще и быстрее решаются завести второго ребенка. К такому выводу пришли сотрудники Исследовательской рабочей группы по экономико-математическому моделированию демографических процессов факультета экономических наук НИУ ВШЭ.

Позавчера, 18:28
Анна Новиковская

Историки долго мучились вопросом, почему древние римляне — те же, что сумели выстроить множество великолепных произведений архитектурного искусства, — с завидной регулярностью изготавливали странно асимметричные игральные кости, похожие на плохо слепленные детские поделки. Теперь у них есть возможный ответ на эту загадку.

11 июля
Василий Парфенов

Доступность высококачественных и актуальных данных от спутников дистанционного зондирования Земли растет с каждым годом. Такие компании, как Capella Space и Maxar Technologies, несколько лет подряд предлагают всем желающим беспрецедентно дешевые радарные и оптические снимки земной поверхности высокого разрешения. Это позволяет гражданским аналитикам наблюдать за военными объектами по всему миру и находить интересные артефакты.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
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
Лучшие материалы
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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: