Синтетические инструменты передают сообщения между участками ДНК
Исследователи из Университета Райса продемонстрировали, что CRISPR-Cas9, известный как инструмент для редактирования генов, можно использовать и другими мощными способами в человеческих клетках.
Команда под руководством биоинженера Исаака Хилтона и аспиранта Кайюаня Вана использовала деактивированные белки Cas9 (dCas9) для нацеливания на ключевые участки человеческого генома и синтетической активации транскрипции человеческих генов.
Используя dCas9 для рекрутирования белков, которые естественным образом включают гены, команда смогла раскрыть важные детали о промоторах и энхансерах человека — участках нашей ДНК, которые координируют, когда и в какой степени наши гены включаются, что, в свою очередь, контролирует поведение наших клеток.
Исследование, опубликованное в Nucleic Acids Research, подчеркивает растущий потенциал инструментов на основе CRISPR-Cas9 для синтетического контроля генов и клеточной инженерии.
Понимание не кодирующей ДНК
«Лишь около 2% нашего генома содержит белок-кодирующие гены, а оставшиеся 98% — это так называемая некодирующая ДНК», — пояснил Хилтон. Генетические вариации в некодирующей ДНК сильно коррелируют со многими заболеваниями, и даже небольшие различия в этих регионах могут быть связаны с патологиями.
Как общаются энхансеры и промоторы
Синтетически активируя некодирующую ДНК, исследователи показали, как промоторы и энхансеры могут взаимодействовать. Энхансеры могут находиться за тысячи пар оснований от своих промоторов, но стимулировать транскрипцию гена, формируя прямой физический контакт с ними.
Используя CRISPR для включения загадочных транскриптов, называемых РНК энхансеров (eRNA), команда показала, что в некоторых случаях это способствует «геномному трекингу»: энхансер может «протягиваться» вдоль ДНК, чтобы взаимодействовать с нижестоящими промоторами, оставляя по пути важную эпигенетическую информацию.
Открытие взаимности и направленности
Их стратегия выявила, что энхансеры и промоторы обладают «внутренней взаимностью». Сигналы могут передаваться не только от энхансера к промотору, но и в обратном направлении — от промотора к вышестоящему энхансеру, что считается некaноническим и удивительным механизмом.
Также было обнаружено, что CRISPR-активаторы могут увеличивать частоту физических контактов между энхансерами и промоторами, но только при нацеливании на энхансер. Это предполагает аспект направленности, «своего рода улицу с односторонним движением» для увеличения физических контактов.
Значение для науки и медицины
«Наша цель и надежда в том, что такие технологии помогут исследователям приблизиться к пониманию связи генетических вариаций с болезнями и в конечном итоге предсказывать и целенаправленно вмешиваться в заболевание», — сказал Хилтон.
Подходы команды, основанные на CRISPR, позволяют «эпигенетически перехватывать или переназначать естественные клеточные механизмы», чтобы точно понимать и конструировать контроль над генами, избегая более инвазивных методов.