Новый инструмент раскрывает структуры ДНК, влияющие на развитие болезней
Нарушение определённых структур ДНК — топологически ассоциированных доменов (TADs) — связано с развитием заболеваний, включая некоторые виды рака. Международная команда исследователей создала алгоритм, который быстро определяет местоположение и помогает выяснить сложные функции TADs, что облегчает изучение этих важных структур для профилактики болезней.
"На ДНК находятся гены и регуляторные элементы, такие как промоторы и энхансеры, которые контролируют экспрессию генов, но они могут быть далеко друг от друга", — пояснила Цюньхуа Ли. "Подобно ящику комода, который организует и делает одежду доступной, TADs объединяют гены с их регуляторными элементами, что позволяет начать процесс экспрессии генов".
По словам Росса Хардисона, нарушение границ, формирующих TADs, может подвергнуть гены воздействию неправильных регуляторных элементов и привести к аномальной экспрессии генов, что, например, может инициировать рак.
"Этот алгоритм поможет нам лучше понять, как функционируют эти важные структуры для предотвращения болезней", — сказал он.
Алгоритм команды, названный OnTAD ("optimized nested TAD caller"), быстро идентифицирует местоположение TADs в геноме и позволяет исследовать их внутреннюю архитектуру, что важно для понимания их биологических функций. Исследователи описывают свою работу в журнале Genome Biology.
"Вложенность" или иерархия взаимодействий ДНК аналогична разным уровням организации в городе, объяснил Хардисон.
"Подобно тому, как вы с большей вероятностью взаимодействуете с кем-то на той же улице, а не в другом районе, взаимодействия ДНК происходят чаще внутри самых внутренних вложенных TADs. Это важно, потому что взаимодействия между сегментами ДНК необходимы для правильной регуляции генов. Алгоритм OnTAD быстро и эффективно раскрывает эти уровни организации".
Работая в рамках этой иерархической модели, исследователи выяснили, что чем плотнее упакована ДНК внутри TADs, тем выше экспрессия генов, вероятно, из-за того, что больше генов контактирует со своими регуляторными элементами.
Существующие методы были сосредоточены в основном на определении местоположения TADs, с небольшим исследованием биологических функций их иерархической организации.
Помимо выявления повышенной экспрессии генов в иерархических TADs, OnTAD показал, что для них характерны более активные эпигенетические состояния. Эпигенетические процессы контролируют клеточную память и идентичность.
"Эти результаты демонстрируют, что OnTAD — мощный инструмент для выявления различных уровней организации ДНК в геноме", — сказала Ли. "Он должен способствовать улучшению исследований роли этой организации в регуляции генов".