Как клетки становятся независимыми и регулируют функции
Исследование Якоба Леверенца из Департамента молекулярной биологии Университета Умео расширяет знания о том, как клетки регулируют уровень своих белков и адаптируются к новой среде вне организма. Он также изучил регуляцию белков в клетках, остающихся в организме, и разработал компьютерное ПО для новых технологий секвенирования, дающих длинные чтения ДНК.
"Углубление знаний о клеточной эволюции интересно как с точки зрения фундаментальной науки, так и, например, в онкологии — для раннего выявления раковых клеток или разработки препаратов, нацеленных на 'механизмы перестройки' в них", — говорит Якоб Леверенц.
Клетки, изолированные от организма-хозяина, часто используются в науке. Аналогичный пример — раковые клетки, перешедшие к автономному существованию в теле человека. У изолированных клеток меняются функции из-за перестроек в их генетическом коде.
"Было известно, что перестройки приводят к увеличению количества определённых генов, но как именно это происходит, оставалось неизвестным. Мы показываем, что увеличение происходит в основном за счёт локального дублирования генетической последовательности, подобно удвоенным словам в тексте", — поясняет Якоб Леверенц.
Структуру дублированных последовательностей удалось определить благодаря новым технологиям секвенирования, позволяющим читать длинные фрагменты генетического кода. На основе этих длинных чтений Якоб Леверенц также сформулировал гипотезу о "механизмах перестройки", преобразующих генетический код клеток.
"Новые технологии секвенирования, появившиеся несколько лет назад, произвели революцию в этой области. Теперь можно уловить большую сложность, чем раньше. Однако часто требуется писать собственные алгоритмы для анализа, что мешает многим исследователям использовать технологию", — отмечает он.
В своей работе он разработал компьютерное ПО, позволяющее любому исследователю выявлять перестройки в данных, полученных с помощью новых технологий секвенирования. С этим ПО пользователь может быстро проводить целевой анализ и разведывательные исследования.
"ПО полезно для тех, кто не умеет программировать или хочет выполнить быстрый анализ, например, для многих исследователей и клиницистов. Оно также полезно для учёных, которым необходимо визуализировать сложные перестройки, например, в раковых клетках".
Тема диссертации — как клетки в разных средах регулируют уровень своих белков, который, в свою очередь, определяет функции клетки. Внутри организма уровень белков регулируется в основном системами, модулирующими считывание генетического кода. Неправильная регуляция считывания генов связана со многими заболеваниями, и клеткам критически важно настраивать считывание при разном числе копий генов, например, на половых хромосомах.
"Мы охарактеризовали последовательность распознавания для системы, которая специфически регулирует уровень белков от определённых генов".
В клетках, только что изолированных от организма, функции должны меняться быстро. Регуляция на уровне считывания здесь слишком медленная; для быстрого изменения уровня белков генетический код необходимо перестроить. В работе показано, что недавно изолированные клетки на раннем этапе дублируют части своего генетического кода, где расположены функции, связанные с управлением стрессом.
"Сложно уловить ранние адаптации клеток, стремящихся стать автономными, и в этом плане наше исследование представляет особый интерес, например, для онкологических исследований", — заключает Якоб Леверенц.