Новый мощный метод позволяет учёным исследовать активацию генов
Исследователи из Медицинского центра NYU Langone разработали мощный новый метод для изучения дискретных шагов, необходимых для включения отдельных генов, и анализа того, как этот процесс нарушается при раке и других заболеваниях. Метод, основанный на семи годах исследований и описанный в выпуске Molecular Cell от 9 апреля, позволяет учёным исследовать разворачивание ДНК — процесс, необходимый для активации генов.
Новая методология позволяет изучать этапы включения отдельных генов, чтобы понять, какая часть процесса нарушается при таких заболеваниях, как рак. Сейчас у нас есть «книга со множеством глав». Задача — прочитать каждую из этих глав и проанализировать, как всё происходит, а затем начать разрабатывать тесты для проверки конкретных шагов или молекул-мишеней.
ДНК в ядре клетки закручена и обёрнута вокруг белковых комплексов, образуя компактные волокна — хроматин. Например, хромосома 22 в виде простой двойной спирали была бы длиной около 1,5 см, но в составе хроматина её длина составляет всего два микрона, что означает 10 000-кратное сжатие.
Степень компактизации динамична и является частью механизма контроля транскрипции генов. Когда ген неактивен, его хроматин упакован плотнее, чем при активной транскрипции. Хотя учёные знали об этих изменениях, они не понимали, как клетка регулирует переход от наиболее компактного волокна диаметром 30 нанометров к менее компактному (11 нанометров). Главным препятствием было то, что никто не знал, как воссоздать 30-нанометровое волокно in vitro.
В новом исследовании эта проблема решена, что позволило команде начать изучать шаги разворачивания волокна и запуска транскрипции на тестовом гене. Это была долгая подготовительная работа, но в итоге получилась чёткая картина, которая, вероятно, является единственным на сегодня описанием перехода от высококомпактного хроматина к транскрипции.
Поместив волокно в пробирку, команда обнаружила, что регуляторный белок ретиноевой кислоты (RAR) может получить доступ к своему сайту связывания на ДНК, даже когда хроматин находится в наиболее плотно скрученном состоянии. При добавлении гормона-стимулятора RAR — ретиноевой кислоты (производного витамина А) — ситуация начала меняться.
Связанный с гормоном RAR начал разворачивать хроматин и сдвигать крупные белковые комплексы — нуклеосомы, освобождая место для других белков, разворачивающих ДНК, и факторов транскрипции. По мере добавления всё большего количества факторов ДНК продолжала раскручиваться, пока в конечном итоге команда не смогла наблюдать начало транскрипции с их тестового гена PEPCK, который контролируется RAR.
Важно, что электронная микроскопия показала, что 30-нанометровое волокно, сформированное in vitro, похоже на то, что наблюдается в клетках. Кроме того, с помощью биохимических анализов (например, экспериментов по разрезанию ДНК) команда показала, что движение нуклеосом при добавлении отдельных факторов имитирует то, что происходит при включении гена PEPCK ретиноевой кислотой в живых клетках.