Сложная грамматика геномного языка

Новое исследование Каролинского института (Швеция) показывает, что «грамматика» генетического кода человека сложнее, чем у самых замысловатых разговорных языков мира. Результаты, опубликованные в журнале Nature, объясняют, почему человеческий геном так сложно расшифровать, и способствуют дальнейшему пониманию того, как генетические различия влияют на индивидуальный риск развития заболеваний.

Геном содержит всю информацию, необходимую для построения и поддержания организма, а также детали индивидуального риска развития распространённых болезней, таких как диабет, болезни сердца и рак. Улучшение способности читать и понимать геном позволит лучше использовать быстро накапливающуюся геномную информацию о заболеваниях в медицинских целях.

Секвенирование генома человека в 2000 году показало порядок 3 миллиардов букв A, C, G и T. Однако для перевода геномных открытий в медицинскую пользу недостаточно знать лишь порядок букв; необходимо понимать значение последовательностей. Нужно идентифицировать «слова» и «грамматику» языка генома.

Клетки нашего тела имеют почти идентичные геномы, но различаются, потому что в разных типах клеток активны (экспрессируются) разные гены. У каждого гена есть регуляторная область, содержащая инструкции, контролирующие, когда и где ген экспрессируется. Этот регуляторный код считывается белками — факторами транскрипции, которые связываются с определёнными «ДНК-словами» и либо увеличивают, либо уменьшают экспрессию связанного гена.

Ранее исследователи под руководством профессора Юсси Тайпале идентифицировали большинство ДНК-слов, распознаваемых отдельными факторами транскрипции. Однако, как и в естественном языке, ДНК-слова могут объединяться в составные слова, которые считываются несколькими факторами транскрипции. Механизм считывания таких составных слов ранее не изучался.

В новом исследовании команда Тайпале изучила предпочтения в связывании пар факторов транскрипции и систематически картировала составные ДНК-слова, с которыми они связываются.

Анализ показал, что грамматика генетического кода намного сложнее грамматики самых сложных человеческих языков. Вместо простого соединения двух слов удалением пробела, отдельные слова в составных ДНК-словах изменяются, что приводит к появлению большого количества совершенно новых слов.

Исследование идентифицировало множество таких слов, углубляя понимание регуляции генов как в нормальном развитии, так и при раке. Результаты прокладывают путь к взлому генетического кода, контролирующего экспрессию генов.