Ритмы ДНК управляют активностью генов в процессе развития

Биологические ритмы существуют не только для сна. Исследователи из лаборатории Гроссана и Платформы вычислительной биологии Института биомедицинских исследований Фридриха Мишера обнаружили у крошечного червя C. elegans тысячи генов, которые включаются и выключаются по точным паттернам в процессе развития.

Эта ритмическая активность разворачивается как оркестр, где каждый ген играет свою партию в строго определённый момент. Ритмы наблюдаются в нескольких тканях — эпителиальных клетках (похожих на кожу), специализированных мышцах и железах, — каждая из которых экспрессирует свой уникальный набор генов.

Внутри каждой ткани гены достигают пика активности в разное время. Эта синхронизация гарантирует, что каждый ген действует именно тогда, когда это необходимо. Ритмы активности генов контролируются хроматином — плотно упакованной ДНК, которая открывается и закрывается, как ворота. Это ритмическое открытие хроматина точно соответствует циклам экспрессии генов.

Исследователи построили математическую модель, которая предсказывает, когда и насколько сильно открывается хроматин, используя информацию всего о девяти факторах транскрипции — белках, которые связываются с ДНК и включают или выключают гены. Удаление одного из этих факторов транскрипции у C. elegans подтвердило предсказания модели, показав, что она точно прогнозирует изменения в динамике хроматина и экспрессии генов.

Результаты, опубликованные в журнале Molecular Systems Biology, раскрывают прямую связь между временной организацией хроматина и генными ритмами, что имеет потенциальное значение для понимания биологических часов человека.