Эпигенетический реостат раскрывает механизмы наследования и поддержания регуляции генов

Метилирование ДНК — добавление химических меток к ДНК — обычно подавляет экспрессию генов. Эти "дорожные блоки" критически важны для правильного развития и функционирования клеток, а их нарушение связано с заболеваниями, включая рак. Однако механизмы наследования и поддержания паттернов метилирования изучены слабо.

Исследователи из Whitehead Institute под руководством Мэри Геринг изучили необычный ген ROS1 у растения Arabidopsis. В отличие от большинства генов, метилирование короткого участка ROS1 не подавляет, а активирует его. Белок ROS1, в свою очередь, удаляет метильные группы как со своего гена, так и с других участков генома.

Таким образом, ROS1 действует как реостат: при повышении уровня метилирования ген включается и начинает удалять метильные группы, а при снижении — выключается. Это создаёт систему обратной связи для поддержания гомеостаза метилирования.

В эксперименте исследователи нарушили эту регуляторную цепь, "отвязав" активность ROS1 от уровня метилирования в геноме. В результате метилирование в геноме стало хаотичным: оно терялось по всему геному и прогрессивно снижалось в последующих поколениях.

Ключевое открытие: несмотря на общую потерю метилирования, в гетерохроматиновых областях (сильно репрессированных участках генома) метилирование восстанавливалось и приближалось к полному к четвёртому поколению — как раз тогда, когда остальной геном терял большую часть метилирования.

Это указывает на то, что Arabidopsis использует несколько механизмов для поддержания гомеостаза метилирования. Нарушение цепи ROS1 вызывает наследуемую потерю метилирования, но в некоторых областях метилирование может возвращаться с задержкой.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Учёные продолжают изучать причины задержки реметилирования и другие механизмы, регулирующие этот критический процесс.