Новый метод одновременно картирует сотни белков в клеточных ядрах

Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали новый метод для одновременного картирования позиций сотен белков, связанных с ДНК, внутри клеточных ядер. Метод, названный ChIP–DIP (Chromatin ImmunoPrecipitation Done In Parallel), является универсальным инструментом для понимания внутренней работы ядра в различных контекстах, таких как болезнь или развитие.

Исследование было проведено в лаборатории Митчелла Гуттмана, профессора биологии, и описано в статье, опубликованной в журнале Nature Genetics.

Почти все клетки человеческого тела содержат одну и ту же ДНК, которая кодирует план для создания каждого типа клеток и управления их активностью. Несмотря на одинаковый генетический материал, разные типы клеток экспрессируют уникальные наборы белков, что позволяет им выполнять специализированные функции и адаптироваться к условиям окружающей среды. Это возможно благодаря тщательной регуляции внутри ядра каждой клетки, в которой участвуют тысячи регуляторных белков, локализующихся в строго определённых местах ядра.

Поскольку ядро в 50 раз меньше ширины человеческого волоса, а ДНК клетки — длиной 2 метра в расправленном виде — упакована, как нити на катушках, вокруг белковых структур, называемых гистонами. Гистоны могут модифицироваться и реорганизовываться в течение жизни клетки, открывая одни участки ДНК и упаковывая другие, что позволяет клетке менять набор экспрессируемых белков и, следовательно, свою функцию.

Таким образом, хотя полный набор ДНК в клетке мозга и клетке печени одинаков, эти клетки имеют разные модификации гистонов и другие регуляторные белки, что позволяет экспрессировать уникальные наборы генов в каждой. Если эта регуляция нарушается, это может привести к серьёзным заболеваниям, таким как рак, воспалительные заболевания или нейродегенерация.

Несмотря на важность, понимание регуляции генов было очень сложной задачей, поскольку предыдущие методы изучения регуляторных белков картировали их по одному. ChIP–DIP теперь позволяет исследователям одновременно картировать сотни регуляторных белков, связанных с ДНК, и делать «снимки» того, как они меняются со временем.

Сила новой техники:

• Метод использовали, чтобы показать, как после воспалительного события клетки иммунной системы быстро изменяют свои гистоновые белки в течение нескольких часов, чтобы активировать воспалительные гены.
• ChIP–DIP также позволил идентифицировать комбинации белков, которые регулируют, какие гены активны или станут активными в ответ на стресс или во время развития.
• Предыдущие консорциумные международные проекты занимали почти десятилетие для проведения нескольких тысяч экспериментов, а с ChIP–DIP было выполнено более 500 экспериментов за несколько недель.

Технология чрезвычайно мощна для понимания регуляции генов при различных патологических состояниях. В то время как предыдущие методы могли картировать только один тип белка за раз, ChIP–DIP может изучать сотни одновременно, давая комплексную картину в редких типах клеток и в образцах тканей пациентов как здоровых, так и поражённых болезнью.

Ключевые преимущества:

• Метод можно применять для понимания эпигенетических сигнатур (как факторы окружающей среды влияют на экспрессию генов) заболеваний.
• Для картирования сотен белков одновременно требуется всего один образец.

ChIP–DIP меняет парадигму возможного в области геномики, что было её долгосрочной целью на протяжении десятилетий.