Новая форма модификации ДНК может нести наследуемую информацию
Учёные из Чикагского университета, Гарварда и Китая описали неожиданное открытие и функцию новой модификации ДНК у насекомых, червей и водорослей.
Обычные модификации ДНК происходят через метилирование — химический процесс, который может кардинально менять экспрессию генов, регулирующую конечное производство белков. Это часть новой развивающейся субобласти эпигенетики.
Через эпигенетику организмы иногда обходят генетический код, чтобы передать определённые черты потомству. Модификации ДНК, не меняя её последовательность, осуществляют эту передачу.
«Геном человека не статичен. Он содержит динамические модификации ДНК, которые несут ключевую наследуемую эпигенетическую информацию, передаваемую между поколениями клеток», — сказал профессор Чуань Хэ.
Ранее учёные считали метилированный цитозин доминирующей модификацией ДНК у эукариот (млекопитающих, насекомых, червей, растений и водорослей).
Три статьи в Cell
Теперь команды из Чикагского университета, Гарварда и Китайской академии наук идентифицировали метилирование аденина в ДНК, которое также эпигенетически регулирует клеточную функцию у зелёных водорослей, червей и мух. Их три статьи были опубликованы онлайн 30 апреля в журнале Cell.
«Сохранение этой модификации от простых одноклеточных эукариот до сильно отличающихся червей и мух указывает на её широкое присутствие и функциональные роли», — сказал Хэ. «Все три исследования вместе раскрывают потенциально новый эпигенетический маркер на ДНК эукариот. Они открывают новую область биологии и химической биологии».
Черви и мухи ранее не были известны как содержащие метилирование ДНК. Присутствие N6-метиладенина (6mA) у зелёных водорослей (Chlamydomonas) было известно более 30 лет, но феномен оставался практически неисследованным.
В одной из статей в Cell Хэ и его соавторы раскрыли функцию 6mA у Chlamydomonas — зелёной водоросли, потенциально пригодной для производства биотоплива.
«Гены с метилированным цитозином ассоциировались со сниженной экспрессией. Что отличает метилирование аденина, так это то, что оно ассоциировано с более сильно экспрессируемыми генами. Это недостающий элемент в головоломке регуляции на уровне модификации ДНК», — сказал профессор Лоренс Метс.
В 2011 году группа Хэ открыла новую область исследований — эпигенетику РНК. В последующих исследованиях группа обнаружила и описала белки-«писатели», «ластики» и «читатели» метилированной РНК. Та же модификация основания на ДНК стала предметом текущих исследований, описанных в трёх статьях в Cell.
Модификации ДНК у водорослей
Для исследования в Cell группа Хэ обратила внимание на метилирование ДНК у зелёных водорослей.
Среди находок учёные обнаружили резко периодический паттерн метилирования аденина, который соответствует главной структурной особенности в ядре эукариотических клеток — белковому комплексу нуклеосома. Нуклеосомы обычно могут находиться где угодно вдоль ДНК, кроме высоко экспрессируемых генов. В последнем случае нуклеосомы демонстрируют точно расположенный паттерн. Факторы, определяющие точное позиционирование нуклеосом, долгое время оставались загадкой. Новое открытие даёт новую перспективу для ответа на этот вопрос.
«Мы нашли не только новую модификацию ДНК, влияющую на экспрессию генов, она, что интересно, маркирует активную экспрессию генов», — сказал Хэ. Это контрастирует с ранее известной модификацией — метилированием цитозина, которое обычно маркирует подавленную экспрессию генов.
Профессор Метс заявил о желании исследовать метилированный аденин дальше, чтобы определить его эволюционное происхождение. Профессор Хэ планирует дальнейшие исследования 6mA в ДНК высших эукариот, таких как млекопитающие.