Ученые предсказывают активность человеческих генов

Генетически идентичные клетки не всегда ведут себя одинаково. Согласно общепринятой теории, причина — случайные молекулярные процессы, известные как случайный шум. Десятилетиями эту точку зрения подтверждали многочисленные эксперименты и теоретические модели. Теперь системные биологи из Университета Цюриха сделали важное открытие: пространственное разделение человеческих клеток на ядро и цитоплазму создает своего рода пассивный фильтр. Этот фильтр подавляет случайный шум и позволяет человеческим клеткам точно регулировать активность отдельных генов.

В ядре наблюдали больше случайности

Хотя наблюдения Лукаса Пелкманса и его команды изначально казались противоречащими современным учебникам, повторный анализ выявил недостающее объяснение. При активации генов генетическая информация, хранящаяся в ДНК, транскрибируется в матричную РНК (mRNA). «Мы могли идеально предсказать количество mRNA в цитоплазме и обнаружили гораздо больше случайности внутри ядра», — объясняет соавтор и аспирант Института молекулярной биологии Нико Баттич. «Можно представить ядро как протекающее ведро, которое, с одной стороны, удерживает mRNA, а с другой — обеспечивает её запаздывающий и равномерный отток. Таким образом, активность генов в цитоплазме становится высоко устойчивой к случайному шуму во время образования mRNA в ядре».

Самые мелкие физиологические детали стали видны

Благодаря своему новому методу цюрихские ученые первыми смогли изучить так много человеческих генов. Им удалось обнаружить каждую отдельную молекулу, производимую активными генами. «Раньше можно было изучать лишь несколько генов, и во многих случаях эти гены приходилось генетически модифицировать», — говорит аспирант Томас Штёгер. «Мы поняли, что активность генов сильно различалась между отдельными клетками, но при этом могли предсказать её для каждой отдельной клетки, визуализируя тонкие физиологические детали с помощью микроскопических красителей».

Выводы цюрихских ученых влияют на несколько областей. «Например, на эволюционную биологию, где пространственное разделение клеток знаменует собой веху в возникновении разумной жизни. А также на биотехнологии, где желателен точный контроль над искусственными генами, и на медицину, если станет возможным предсказать, какие злокачественные клетки будут реагировать на лекарства», — заключает профессор Лукас Пелкманс.