Как клетки выбирают стать мышцами или нейронами

Каждая клетка тела содержит одинаковую ДНК, но разные типы клеток (например, мышечные или нервные) используют разные её участки. Транскрипционные факторы помогают клеткам активировать определённые гены, связываясь с конкретными последовательностями ДНК. Однако, поскольку эти последовательности распространены по всему геному, оставалось неясным, как факторы точно определяют место связывания.

Исследователи из лаборатории Шюбелера изучили два близкородственных транскрипционных фактора — NGN2 и MyoD1, которые направляют клетки на путь развития в нейроны и мышечные клетки соответственно. Используя стволовые клетки, учёные поочерёдно включали эти факторы и наблюдали, где они связываются с ДНК и как влияют на экспрессию генов. Работа опубликована в журнале Molecular Cell.

Ключевые выводы:

• Связывание транскрипционных факторов с ДНК зависит не только от её последовательности, но и от открытости структуры ДНК и наличия белков-партнёров.
• Иногда факторы действуют как «пионер-факторы», способные открывать плотно упакованную ДНК в определённых местах для активации генов.
• Даже небольшие изменения в ДНК (иногда замена одного нуклеотида) и набор белков-партнёров могут влиять на активацию генов.

Далее команда обучила модель машинного обучения распознавать закономерности в связывании транскрипционных факторов. Модель выявила «язык ДНК», который предсказывает, где и как будут связываться эти факторы. Модель точно предсказывала результаты в разных типах клеток, объясняя, как сходные факторы могут направлять совершенно разные пути развития.

Эти результаты углубляют понимание того, как транскрипционные факторы определяют судьбу клеток, а также предоставляют инструменты для прогнозирования и потенциального управления этими процессами в развитии и при заболеваниях.