Исследование раскрывает «грамматику» ДНК

Трехмерная структура ДНК определяется набором пространственных правил, основанных на конкретных белковых последовательностях и их порядке. К такому выводу пришло исследование, недавно опубликованное в Genome Biology Лукой Нанни, аспирантом в области компьютерных наук и инженерии в Политехническом университете Милана, совместно с профессорами Стефано Чери из того же университета и Колином Логи из Университета Неймегена.

Ведущий автор исследования Лука Нанни заявил: «Главная инновация нашего исследования заключается в выявлении точных правил расположения белков CTCF. Красота и простота грамматики CTCF показывают нам, как природа и эволюция создают регулярность и невероятно изобретательные и функциональные системы». «Знание этих правил позволяет конструировать последовательности CTCF для получения желаемой трехмерной структуры ДНК. Например, должно быть возможно заставить взаимодействовать два несвязанных гена. Формирование структуры ДНК откроет двери для создания фармацевтических препаратов для лечения таких заболеваний, как рак».

Молекула ДНК, которая в развернутом виде была бы длиной около двух метров, упаковывается с помощью сложной системы, обеспечивающей ее доступность и правильное считывание внутри клеточного ядра. Ключевую роль в изучении трехмерной структуры генома играют топологические домены, которые, как считается, объединяют зоны ДНК со схожими функциями и поведением. Например, гены со схожей функцией, вероятно, находятся в одном топологическом домене. Нанни продолжил: «Мы сосредоточились на некоторых специфических последовательностях ДНК, кодирующих белок CTCF». «Этот белок изолирует участки ДНК, создавая барьеры между различными топологическими доменами. С помощью компьютерного моделирования и создания модели для классификации этих белков по их ориентации мы обнаружили удивительную регулярность в их расположении вдоль последовательности ДНК». Исследование показало, что ориентация и порядок этих последовательностей ДНК позволяют реконструировать топологические домены. Человеческий геном упаковывается, следуя логике «грамматики», включающей последовательности CTCF, их ориентацию и расстояние между ними.