Срочные новости раздела
Ученые исследовали влияние упаковки ДНК на активность генов

Ученые исследовали влияние упаковки ДНК на активность генов

Группа российских ученых из Сколтеха, Института молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт», МГУ им. М.В. Ломоносова и других организаций исследовали механизм активации генов в половых клетках мух дрозофил на этапе перехода между двумя ранними стадиями развития сперматозоидов. Аналогичный механизм действует и в организме человека, что приводит к различиям между клетками мышц, нервов, печени и других органов, и, возможно, между здоровыми и больными клетками. Ученые пришли к выводу, что активность той или иной группы генов определяется во многом трёхмерной структурой, которую принимает ДНК. Полученные результаты – новый шаг в понимании механизмов и причин возникновения заболеваний, связанных с упаковкой ДНК.

1. Начало специфичной для SpC транскрипции коррелирует с отрывом от ядерной пластинки и с пространственной изоляцией. •2. Специфичные для SpC гены при активации связываются с фабриками транскрипции. •3. В мужской зародышевой линии действует неканонический механизм дозовой компенсации.© Artem A Ilyin et al./Nucleic Acids Research

При отсутствии генетических заболеваний и операций по пересадке органов, все клетки организма человека, кроме репродуктивных, несут одинаковую ДНК. Различия в облике и поведении клеток мозга и, например, клеток сердца объясняются наличием в ДНК особого набора генов, которые активируются по-разному в зависимости от типа ткани и стадии развития.

Механизмы, лежащие в основе так называемой регуляции генов, до сих пор неизвестны, однако ученые предполагают, что они во многом зависят от того, как ДНК упакована внутри клеточного ядра. «ДНК – это двухметровая молекула, плотно упакованная в клеточное ядро, поперечный размер которого составляет около одной сотой миллиметра. В зависимости от конкретной трехмерной конфигурации ДНК, области, несущие разные гены, либо являются доступными для их активации белками, либо спрятаны там, куда белки не могут проникнуть и, следовательно, не могут активироваться», − рассказывает старший преподаватель Сколтеха Екатерина Храмеева.

Если сама упаковка ДНК определяет способность клеток «решать», какие гены активны, а какие нет, то любые аномалии в упаковке ДНК могут привести к нарушениям регуляции генов и развитию заболеваний. «На сегодняшний день лишь о нескольких заболеваниях точно известно, что они связаны с нарушениями в упаковке ДНК, но, вероятно, таких заболеваний гораздо больше. Все дело в том, что метод картирования конформации ДНК, т.е. пространственной конфигурации молекулы внутри ядра, появился только в 2009 году», − отмечает Екатерина.

«Определить и сравнить конформацию ДНК в здоровой и больной клетках недостаточно. Чтобы понять механизм заболевания и найти способы его лечения, необходимо точно знать, каким образом нарушения в упаковке ДНК влияют на функционирование генов при каждом конкретном расстройстве», − добавляет младший научный сотрудник Сколтеха Анна Кононкова.

«Пока мы лишь пытаемся разобраться в общих закономерностях влияния упаковки ДНК на регуляцию генов. В качестве модели мы использовали муху дрозофилу, а, точнее, ее сперматогоний. Это незрелая половая клетка, которая превращается в «предшественника» сперматозоида – сперматоцит», − уточняет Кононкова.

Продолжая тему, Екатерина Храмеева добавляет: «Сперматогонии и сперматоциты соответствуют двум разным стадиям формирования одной и той же клетки. При переходе от одной стадии к другой активируется до 1 000 генов, а значит, все механизмы, отвечающие за регуляцию генов, на этапе перехода должны работать в полную силу. Таким образом, если в этом процессе задействованы изменения в упаковке ДНК, они должны каким-то образом обнаруживать себя».

«И действительно, мы наблюдали некоторое ослабление структуры на тех участках ДНК, где присутствовали активированные гены, что хорошо согласуется с нашим интуитивным предположением о том, что эти участки должны каким-то образом «раскрыться», чтобы активирующим белкам было легче до них добраться», − поясняет Екатерина.

Ученые также отметили, что при изменениях в форме молекулы ДНК активированные гены начинали концентрироваться в определенных местах. Это подтверждает гипотезу о том, что синтез РНК, т.е. копирование информации из активных генов для создания белков, происходит не в произвольных местах по всему клеточному ядру, а лишь в определенных точках – так называемых «фабриках транскрипции».

Чтобы получить эти результаты, ученые провели эксперименты с большим объемом вычислений, используя метод анализа конформации ДНК, известный как Hi-C. Это позволило количественно оценить вероятность обнаружения каждого мелкого фрагмента ДНК, расположенного по соседству с каждым другим фрагментом. Таким образом, вместо того, чтобы создавать красивую трехмерную картинку упаковки молекулы ДНК в клеточном ядре, ученые при помощи этого метода получили набор чисел, которые для квалифицированного специалиста выглядят практически идентично трехмерной картинке.

Документальное подтверждение изменений в упаковке ДНК в сочетании с массовой активацией генов − еще один шаг вперед в понимании механизмов регуляции генов и связанных с ними заболеваний. В дальнейших исследованиях ученые намерены выяснить, в частности, существуют ли сходства в функциях генов мухи дрозофилы,  если они контактируют друг с другом чаще, чем случайные фрагменты ДНК.

Исследование проводилось с участием специалистов Сколковского института науки и технологий (Сколтех), Института молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт», Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, Новосибирского государственного университета, Института биологии гена РАН и МГУ им. М.В. Ломоносова.

Статья опубликована в журнале Nucleic Acids Research   Источник: skoltech.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученым из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН удалось «сварить» патогенные бактерии — золотистый стафилококк и синегнойную палочку — с помощью лазера среднего инфракрасного диапазона.
подробнее...

Согласно новому исследованию Университета Флориды, корни растений прорастают во влажные туннели, проделанные юго-восточными гоферами (Geomys pinetis), где получают питательные вещества из отходов
подробнее...

Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе смогли получить антитела к одному из белков короновируса SARS-CoV-2 в куриных яйцах. Антитела, полученные из яиц, могут быть использованы для
подробнее...

Сотрудники Университета Аризоны определили, что среднее расстояние полета желтолихорадочного комара (Aedes aegypti) составляет 106 метров, и рассмотрели, как планирование исследования и другие факторы
подробнее...

Исследователи из Сколтеха и их российские и испанские коллеги экспериментально подтвердили работоспособность концепции нанотомографии давления — нового метода отображения внутренней структуры
подробнее...

Группа физиков из 10 стран сообщила об экспериментальном исследовании того, как электрический квадрупольный и магнитный дипольный моменты изотопов индия зависят от числа нейтронов в них. Ядро индия
подробнее...

Исследователи из Сколтеха, МГУ, Научно-технологического университета «Сириус» и Института биоорганической химии РАН исследовали роль двух бактериальных генов, которые помогают поддерживать целостность
подробнее...

Вымершие гигантские марабу с острова Флорес, которых считали нелетающими, все же были способны к активному полету. К такому выводу пришли палеонтологи, проанализировав кости этих птиц, обнаруженные за
подробнее...

Исследование ученых из Университета Западного Онтарио показало, что в период зимней спячки колорадские жуки разрушают митохондрии в собственных мышцах, а пробуждаясь, вновь их восстанавливают.
подробнее...

Группа ученых из Кольского научного центра РАН и Санкт-Петербургского государственного университета открыла новый минерал в якутском месторождении Кестёр в Верхоянском крае, который может стать
подробнее...

Палеогенетики прочитали самый старый геном домашней лошади из Америки. Им удалось отсеквенировать ДНК из зуба, найденного в испанском городе раннего колониального периода на Гаити. Ученые подтвердили
подробнее...

Окаменелости плезиозавров, найденные в древнем русле реки в пустыне Сахара позволяют предположить, что некоторые вымершие виды, которые традиционно считались морскими существами, могли обитать и в
подробнее...

Команда исследователей из Сколтеха и Томского политехнического университета применила уникальную технологию, используемую в аэрокосмической промышленности, для синтеза карбида гафния-тантала —
подробнее...

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Китая доказали возможность генерации магнитного поля в диэлектриках с низким показателем преломления. К ним относятся стекло,
подробнее...

Палеонтолог Ромен Давид (Romain David) из Музея естественной истории в Лондоне выдвинул гипотезу, согласно которой относительный размер полукружных каналов во внутреннем ухе позвоночных зависит от их
подробнее...

Исследователи из Франции разработали инновационного «наноробота» полностью из молекул ДНК. Он поможет тщательнее изучить на микроскопическом уровне механизмы, которые имеют решающее значение для
подробнее...

Китайские физики экспериментально поиграли в квантовую игру Мермина — Переса с помощью гиперзапутанных фотонов. Эта игра представляет собой пример квантовой псевдотелепатии, то есть игры, в которой
подробнее...

Израильские физики построили теорию взаимодействия атома с излучением в среде фотонного временного кристалла. Так называют однородный материал, чья диэлектрическая проницаемость периодически меняется
подробнее...