Переосмысление генетики: границы генов оказались динамичными

Молекулярные биологи долгое время считали, что начало гена запускает процесс транскрипции — копирования сегмента ДНК в РНК для последующего синтеза белков.

Однако новое исследование, опубликованное в Science учёными из Бостонского университета и Медицинской школы Университета Массачусетса, бросает вызов этому пониманию. Оно показывает, что начало и конец генов — не фиксированные точки, а перемещаются вместе, меняя принципы сборки белков и адаптации клеток в эволюции.

«Эта работа переписывает учебник: начало гена не просто запускает транскрипцию — оно помогает решить, где она остановится и какой белок в итоге будет создан», — говорит Ана Фишбейн, доцент биологии и соавтор исследования.

«Мы теперь показываем, что старт также помогает установить финишную черту — начала генов контролируют их окончания».

Открытие предлагает новую стратегию для терапии рака, неврологических расстройств, а также нарушений развития и старения. Когда транскрипция гена нарушена, производство белка может стать аномальным, что потенциально ведёт к росту опухолей.

Понимание связи начала и конца гена позволит врачам перенаправлять экспрессию генов — восстанавливать здоровые варианты белков и подавлять вредные, не изменяя саму последовательность ДНК.

«Неправильное размещение старта или конца — не маленькая ошибка. Это может перевернуть доменную структуру белка и изменить его функцию. В случае рака такой переворот может превратить супрессор опухоли в онкоген», — объясняет Фишбейн.

Онкоген — это мутировавший ген, способный вызывать рак, способствуя неконтролируемому росту и делению клеток.

«Наши результаты показывают, что контроль над тем, где начинается ген, — мощный способ контролировать, где он заканчивается, и, в конечном счёте, что может делать клетка», — добавляет она. — «Мы находим новые рычаги управления генами. Это может стать мощным способом вернуть клетки к нормальному поведению».

К этому выводу исследователи пришли, используя масштабные геномные данные и точные эксперименты по редактированию генов, включающие включение или выключение старта гена. Когда они меняли место начала гена, это также меняло и его конец. Один и тот же ген мог производить сотни версий белка — иногда с разными или даже противоположными функциями.

«Это добавляет новое измерение к контролю над генами, — говорит Кристин Кэрролл, аспирант лаборатории Фишбейн. — Речь идёт не просто о включении или выключении гена, а о том, какую именно его версию вы получите».