Ученые используют свет для управления сворачиванием генома по требованию
Различия между типами клеток определяются тем, какие гены и когда экспрессируются. Ученые все больше понимают роль трехмерной упаковки (фолдинга) генома в этом процессе: способ упаковки линейной последовательности ДНК в ядре влияет на физический контакт между генами и, как следствие, на их экспрессию.
Дженнифер Филлипс-Креминс и ее коллеги представили новую методику LADL (Light-Activated Dynamic Looping) для быстрого и контролируемого создания специфических петель в геноме с помощью света.
Как работает LADL
Метод сочетает два мощных биотехнологических инструмента:
- CRISPR/Cas9 — для точного нацеливания на концы желаемой петли в геноме.
- Оптогенетику — белки CIB1 и CRY2 из растения Arabidopsis связываются под действием синего света, выступая в роли "молекулярной застежки".
Процесс: После нацеливания CRISPR включение синего света заставляет белки связаться, формируя петлю между заданными участками ДНК в течение нескольких часов. При выключении света белки диссоциируют, и петля распадается.
Преимущества метода
- Скорость: Петли формируются за миллисекунды–часы, что позволяет изучать быстрые механизмы фолдинга.
- Обратимость: Процесс можно включать и выключать.
- Точность и минимальные помехи: Быстрое действие снижает нежелательные возмущения в окружающих участках генома.
Подтверждение эффективности
Исследователи подтвердили создание нужных петель с помощью 3D-картографирования генома высокой четкости. В сотрудничестве с экспертом Арджуном Раджем они также показали, что искусственно созданные петли влияют на экспрессию генов.
Значение и перспективы
LADL — критически важный инструмент для изучения причинно-следственных связей между 3D-структурой генома и его функцией. Это открывает новые возможности для исследований:
- Роли фолдинга генома в нейроразвитии и связанных заболеваниях.
- Пространственно-временной регуляции экспрессии генов.
«Использование света в перспективе позволит нам нацеливаться на специфические ткани человека и даже контролировать образование петель в определенных подтипах нейронов в мозге», — говорит Филлипс-Креминс.
Исследование опубликовано в журнале Nature Methods.