Учёные разработали технику для картирования важных регуляторных участков ДНК

Раньше считавшиеся «мусорной ДНК», межгенные регионы, как теперь известно, выполняют жизненно важные функции. Мутации в этих участках ДНК могут серьёзно нарушить развитие человека и привести к тяжёлым заболеваниям в дальнейшей жизни. Однако до сих пор регуляторные участки ДНК было сложно обнаружить. Учёные под руководством профессора Юлиана Ганьёра (Технический университет Мюнхена, TUM) и профессора Патрика Крамера (Институт биофизической химии Макса Планка, MPI) разработали метод поиска активных регуляторных участков ДНК, контролирующих гены.

Гены содержат инструкции по сборке белков. Чтобы белок выполнял свои задачи в нужное время и в нужном месте организма, активность соответствующего гена должна жёстко контролироваться. Эту функцию берут на себя регуляторные участки ДНК между генами. «Они необходимы для развития человека, сохранения тканей и иммунного ответа, — объясняет профессор Патрик Крамер. — Кроме того, они играют важную роль при различных заболеваниях. Например, у пациентов с раком или сердечно-сосудистыми заболеваниями наблюдается много мутаций именно в этих участках ДНК».

Когда регуляторные участки ДНК активны, они сначала копируются в РНК. «Однако полученные молекулы РНК имеют большой недостаток для нас, исследователей: клетка быстро их разрушает, поэтому до сих пор их было трудно обнаружить, — сообщает профессор Юлиан Ганьёр. — Но именно эти короткоживущие молекулы РНК часто действуют как жизненно важные молекулярные переключатели, которые специфически активируют гены, необходимые в определённом месте нашего тела. Без них наши гены не были бы функциональны».

Якорь для короткоживущих молекулярных переключателей

Бьёрну Швальбу и Марго Мишель из команды Крамера, а также Бенедикту Захеру из группы Ганьёра удалось разработать высокочувствительный метод для поимки и идентификации даже очень короткоживущих молекул РНК — метод TT-Seq (секвенирование транзиентного транскриптома). Результаты опубликованы 3 июня в авторитетном научном журнале Science.

Чтобы поймать молекулы РНК, исследователи использовали хитрость: они снабдили клетки молекулой, действующей как своего рода «якорь», на пару минут. Клетки включили этот якорь в каждую РНК, которую они синтезировали в ходе эксперимента. С помощью якоря учёные смогли «выловить» короткоживущие молекулы РНК из клетки и исследовать их.

«Молекулы РНК, которые мы поймали с помощью метода TT-Seq, дают моментальный снимок всех участков ДНК, которые были активны в клетке в определённое время — как генов, так и регуляторных регионов между генами, которые до сих пор было так трудно найти, — объясняет Крамер. — Теперь у нас есть подходящий инструмент, чтобы больше узнать о том, как гены контролируются в разных типах клеток и как работают программы регуляции генов», — добавляет Ганьёр.

Во многих случаях у исследователей есть хорошее представление о том, какие гены играют роль при определённом заболевании, но они не знают, какие молекулярные переключатели задействованы. Учёные надеются, что новый метод позволит раскрыть ключевые механизмы, играющие роль при возникновении или течении болезни. Следующим шагом они планируют применить свою технику к клеткам крови, чтобы лучше понять прогрессирование ВИЧ-инфекции у пациентов со СПИДом.