Динамический танец ДНК обнаружен с помощью новой маркировки на основе CRISPR/Cas9
ДНК совершает подёргивания во время транскрипции, чтобы сблизить удалённые участки и усилить экспрессию генов, согласно исследованию учёных из Стэнфорда, разработавших новый способ маркировки индивидуальных, нерепетитивных последовательностей ДНК.
Исследователи из Медицинской школы обнаружили, что ДНК активно движется во время транскрипции. Это удивительное открытие противоречит общепринятой точке зрения, согласно которой для сближения удалённых участков, усиливающих и промотирующих экспрессию генов, необходимы статические петли ДНК.
Новый метод маркировки ДНК, который может точно пометить любой индивидуальный участок ДНК флуоресцентными молекулами для отслеживания их трёхмерного расположения и движения, выявил этот генетический танец. Техника, названная исследователями CARGO (chimeric array of gRNA oligo), является вариацией инструмента редактирования генов CRISPR/Cas9 и обещает произвести революцию в изучении динамики генома.
«Совершенно неожиданно и удивительно»
«Мы обнаружили, что по мере того, как полимераза движется по ДНК, она создаёт источник молекулярного возбуждения, который увеличивает подвижность внутри локального домена хромосомы и может неоднократно сближать удалённые участки генома», — сказала Джоанна Высоцка, профессор биологии развития и химической и системной биологии. «Это было совершенно неожиданно и удивительно и прямо противоречит преобладающим представлениям о транскрипции. Это лишь один пример того, что мы и другие теперь можем узнать, используя CARGO для маркировки специфических участков ДНК».
Статья с описанием исследования была опубликована 25 января в журнале Science. Высоцка является старшим автором, а аспирант Бо Гу — ведущим автором.
CRISPR чаще всего используется для поиска и замены специфических последовательностей ДНК в геноме другими последовательностями. Для этого фермент Cas9 использует короткую РНК-последовательность, чтобы направить систему к нужному месту в геноме.
Вариация техники, разработанная другими исследователями, вместо этого использует направляющие РНК и систему CRISPR с каталитически неактивной формой Cas9 для распознавания и маркировки специфических участков ДНК флуоресцентными молекулами. Но это лучше всего работает на высокоповторяющихся участках, где одна направляющая РНК может собрать критическую массу флуоресцентных меток, необходимую для генерации достаточного света, чтобы его можно было увидеть под микроскопом.
Высоцка, Гу и другой соавтор исследования Томаш Свигут разработали способ введения в клетку массива из множества различных направляющих РНК для точного распознавания неповторяющихся, уникальных участков ДНК и их маркировки множественными флуоресцентными метками, чтобы их можно было легко визуализировать под микроскопом.
«CARGO решает проблему доставки»
«Все самые интересные вещи в геноме присутствуют в виде единичных копий», — сказала Высоцка. «Люди безуспешно пытались маркировать отдельные участки, или локусы, в течение некоторого времени. Но CARGO решает проблему доставки. Теперь мы можем маркировать любой интересующий нас участок, или локус, используя множество различных направляющих РНК, чтобы покрыть ДНК и ясно её видеть». Она и Гу подчёркивают, что техника CARGO будет полезна исследователям, изучающим множество различных вопросов о геноме или экспрессии генов.
Она уже открыла им глаза на процесс транскрипции, который часто стимулируется, когда удалённые энхансерные области сближаются с другими участками ДНК, называемыми промоторами.
«Мы обнаружили, что любой локус, который мы рассматривали, двигался примерно в четыре раза быстрее в своём активном состоянии, когда близлежащие гены транскрибируются в РНК», — сказала Высоцка. «Мы предполагаем, что это усиленное движение, или диффузия, вероятно, сближает удалённые участки ДНК и дополнительно способствует транскрипции».