Разработан высокоточный метод картирования G4-структур ДНК

Исследуя необычную G-квадруплексную структуру ДНК (G4), группа Саймона Эльзессера разработала более точный метод картирования этих структур в геноме. Метод G4 CUT&Tag выявил множество G4 в геномах человека и мыши, которые ранее не обнаруживались. Исследование опубликовано в Nucleic Acid Research. Эти результаты могут быть использованы для разработки лекарств от рака и предоставляют важный инструмент для оценки действия и безопасности препаратов.

При плавлении канонической двойной спирали ДНК отдельные цепи могут формировать альтернативные структуры. В так называемой G-квадруплексной структуре четыре гуаниновых основания образуют плоский квартет, вместо обычного спаривания с цитозином. Несколько таких квартетов, уложенных друг на друга, формируют G-квадруплекс (G4). G4 впервые были обнаружены 20 лет назад на концах хромосом в теломерных повторах. Сейчас известно, что G4 существуют во многих вариантах и часто встречаются в других областях генома человека.

Расположение, образование и функция G4 остаются загадкой

Точное расположение G4, механизм их образования и функция во многом остаются для исследователей загадкой. В группе Саймона Эльзессера аспирантка Цзин Лю разработала новый метод для высокоразрешающего картирования G4-структур по всему геному.

"Хотя методы картирования G4 по всему геному разрабатывались и ранее, мы были обеспокоены тем, что существующие протоколы не сохраняют хрупкие G4-структуры и, следовательно, позволяют идентифицировать только самые распространённые и стабильные G4 в геноме. Применив in situ подход, при котором антитела против G4-структур диффундируют в слегка пермеабилизированные клетки, мы смогли 'пометить' последовательности ДНК, формирующие G4", — говорит Цзин Лю.

Более точный метод CUT&Tag для G4

Этот метод, известный как CUT&Tag, основан на ферменте транспозазе, который привлекается с помощью антитела и вставляет олигонуклеотид в геномную последовательность. Позже его можно использовать для амплификации и секвенирования целевых сайтов. Получившийся метод G4 CUT&Tag обеспечил гораздо лучшее соотношение сигнал/шум, чем существующие методы, и выявил множество ранее не обнаруженных G4 в геномах человека и мыши.

Впервые картировав G4 в эмбриональных стволовых клетках мыши, Лю обнаружила, что G4 присутствуют не только в промоторах большинства активных генов, но и в энхансерах, связанных с факторами плюрипотентности. Способность формировать G4 чётко различала энхансеры, активные в состоянии плюрипотентности, и тканеспецифичные энхансеры, активируемые в процессе дифференцировки.

Значение для терапии рака и оценки лекарств

"В будущем мы хотели бы исследовать, играют ли G4 в энхансерах роль в регуляции активности генов и 3D-организации генома, и если да, то какую", — говорит Саймон Эльзессер.

Низкомолекулярные соединения, стабилизирующие G4-структуры, вызывают большой интерес в разработке лекарств для терапии рака. Геномное картирование G4 предоставит важный инструмент для оценки действия и безопасности таких препаратов.

Исследование, доступное в виде препринта на bioRxiv с апреля, теперь опубликовано в Nucleic Acid Research.