Как клетки решают, какие гены включать? Новый инструмент EMBL
AI Изображение создано с помощью ИИ и носит иллюстративный характер
В геноме человека более 20 000 генов, однако в каждой клетке в конкретный момент активна лишь небольшая их часть. Группа Арно Кребса из EMBL Heidelberg разработала экспериментальный подход, который помогает понять, как клетки определяют, какие гены включать и когда. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Подход основан на генетическом инструменте, который позволяет вставлять сотни регуляторных последовательностей ДНК в определённое место генома и изучать их влияние на регуляцию генов по отдельности. С помощью такого синтетического метода учёные могут тестировать последствия небольших изменений в последовательности ДНК, контролируя посторонние факторы.
В центре внимания исследователей — энхансеры, участки ДНК, увеличивающие вероятность активации связанного гена. К ним присоединяются белки — транскрипционные факторы. Учёные выяснили, что когда несколько таких факторов связываются с одним энхансером, вероятность его активации возрастает гораздо сильнее, чем при действии одного фактора.
Однако на ДНК есть множество эпигенетических меток, которые мешают интерпретировать результаты. Чтобы отделить эффекты конкретных вариаций от геномного окружения, группа разработала инструмент mCHIRA — синтетически сконструированный участок генома, в который можно вставлять любые последовательности.
По словам Валентины Бадерны, одного из первых авторов исследования, mCHIRA позволяет вставлять в конкретный локус генома сотни или тысячи регуляторных элементов, таких как энхансеры или промоторы. Это даёт возможность изучать, как геномное окружение влияет на связывание транскрипционных факторов и итоговую транскрипцию.
В работе использовали метод single-molecule footprinting, который позволяет изучать вариации в ДНК и эпигенетические метки в отдельных клетках. Для анализа данных разработали вычислительную платформу FootprintCharter — её создал Гвидо Барцаги совместно с группой Джудит Цаугг из EMBL Heidelberg и Базельского университета.
Барцаги отметил, что технология позволяет измерять сразу несколько аспектов регуляции ДНК, а FootprintCharter — первая попытка автоматизировать этот анализ. Арно Кребс добавил, что механизмы регуляции генов сложны, но подчиняются базовым принципам. Сочетание синтетической биологии и количественной геномики позволяет разбить эту сложность на части.
В будущем учёные планируют использовать искусственный интеллект, что откроет новые масштабы изучения регуляции генов.
