Открытие механизма контроля генов обещает прорыв в генной терапии и сельском хозяйстве

Исследователи из Сиднейского университета ответили на фундаментальный вопрос, над которым бились учёные по всему миру последнее десятилетие.

"Наши результаты имеют большое значение для понимания того, как растения адаптируются к окружающей среде. Более того, они указывают на то, что аналогичные процессы происходят у людей, поэтому эти открытия должны быть приняты как медицинскими исследователями, так и учёными-аграриями", — заявил ведущий автор работы, доктор Родриго Рейс. Исследование опубликовано в журнале Nature Plants.

"Наша работа даёт ключевое понимание того, как можно улучшить адаптацию растений к окружающей среде, включая урожайность сельскохозяйственных культур. Она также имеет потенциал для продвижения генной терапии, исследуемой для борьбы со старением и болезнями, включая рак".

Хотя разные клетки и органы имеют один и тот же набор генов, способность организма включать или выключать определённые гены в каждой клетке является центральной для его функционирования. Это определяет идентичность клеток, тканей и органов, а также контролирует реакции на окружающую среду.

Важным способом регуляции этого процесса являются крошечные молекулы РНК, называемые микроРНК. Конкретные микроРНК контролируют конкретные гены или их наборы.

"МикроРНК можно описать как 'главные регуляторы'. Они обладают способностью включать и выключать определённые гены, определяя, присутствуют ли белки, которые кодируют эти гены. Мы называем это контролем экспрессии генов", — пояснил доктор Рейс. "Ясно, что потеря микроРНК-контроля над определёнными генами может привести к раку и ряду других патологий".

Сложность контроля экспрессии генов заключается в том, что иногда матричную РНК (мРНК), кодирующую определённые белки, необходимо полностью удалить из клеток после выполнения их задачи. В других же клетках может потребоваться сохранить их "под рукой" для быстрого доступа в случае необходимости, например, при повреждении клеток интенсивным солнечным светом.

Исследователи обнаружили, что механизм микроРНК, контролирующий, уничтожает ли конкретная клетка молекулы мРНК или просто подавляет их, зависит от генов-переключателей.

"Наличие этих генов 'включает' один из двух вариантов: уничтожение или репрессию. Если определённые клетки производят один переключатель (DRB2), то это сохраняет продукты генов в резерве, готовыми к использованию в чрезвычайной ситуации. Если DRB2 отсутствует, но присутствует другой (DRB1), то продукты генов уничтожаются", — сказал доктор Рейс.

Поскольку базовая система микроРНК присутствует как у растений, так и у животных, вероятно, аналогичные переключатели существуют и у людей. В статье исследователи указали их вероятные идентификаторы.

Теперь, когда учёные нашли переключатели, появилась возможность управлять ими. Регулирование этого механизма должно позволить усилить способность к адаптации к окружающей среде, не вмешиваясь в развитие. Это имеет очевидное применение для растений, страдающих от изменения климата.

"Обнаружение и манипулирование переключателями у людей также может сделать генную терапию более специфичной, с меньшим количеством побочных эффектов".

Исследователи три года совместно анализировали модель растения Arabidopsis, чтобы раскрыть лежащий в основе механизм.