Епігенетичні модифікації як ДНК, так і її двоюрідної сестри РНК контролюють активність генів. (Кредит зображення: koto_feja/Getty Images)
Вчені відкрили новий спосіб, за допомогою якого клітини контролюють свої гени, і це може змінити наше розуміння «епігенетики».
Епігенетика — це форма модифікації ДНК, яка не впливає на саму послідовність ДНК. Натомість він описує, коли хімічні групи приєднуються до конкретних генів, таким чином вмикаючи або вимикаючи ці гени, або змінюючи тривимірну форму хромосом.
Тепер, у дослідженні, опублікованому 17 січня в журналі Cell, вчені відкрили абсолютно новий метод регуляції генів, який передбачає епігенетичні налаштування як ДНК, так і її молекулярної двоюрідної РНК одночасно.
Заглядаючи вперед, дослідники хочуть розкрити, як цей новий тип контролю генів пов’язаний з раком.
«Це справді захоплююче відкрити такий новий механізм, який ще більше розширить наше розуміння регуляції генів», — сказала в електронному листі Live Science Кетрін Плат, директор відділу епігеноміки, РНК і генної регуляції в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі, яка не брала участі в дослідженні.
Новий рівень регуляції генів
Одним із поширених типів епігенетичної модифікації є метилювання, яке описує додавання молекули, яка називається метильною групою, до ДНК або гістонів — білків, які ДНК обертає навколо, щоб стати більш компактними та поміститися в ядро. Білок під назвою DNMT1 додає ці молекули до ДНК, і його активність може підвищувати або знижувати експресію гена залежно від місця метилювання даного гена.
Останніми роками дослідники також виявили, що РНК — молекулу, яка передає інструкції з ДНК у клітину для створення білків — також можна модифікувати. В основному це робиться білковим комплексом під назвою METTL3-METTL14. Це метилювання може дестабілізувати молекулу РНК, зменшуючи кількість утвореного білка.
Кожна клітина в організмі використовує метилювання як РНК, так і ДНК для регулювання експресії генів. Однак раніше передбачалося, що ці процеси діють незалежно. Нове дослідження ставить це припущення під сумнів.
У дослідженні вчені розглядали ембріональні стовбурові клітини миші та наносили на карту місця метилювання ДНК і РНК у міру розвитку клітин. Вони виявили, що тисячі генів і їхні комплементарні молекули РНК містять обидва маркери метилювання.
За допомогою додаткових експериментів команда виявила, що комплекс METTL3-METTL14, який взаємодіє з РНК, також рекрутує та фізично зв’язується з DNMT1, білком, який позначає ДНК. Цей новий, більший комплекс може потім метилювати той самий ген на рівні ДНК або РНК. Це дозволяє клітині додатково налаштовувати свою генну регуляцію під час клітинної диференціації — процесу, за допомогою якого стовбурова клітина приймає певну ідентичність, стаючи, наприклад, клітиною серця або легенів.
Попередні дослідження показали чіткий зв'язок між модифікаціями ДНК і гістонів, а також між модифікаціями гістонів і РНК.
«То чому б клітині також не з’єднати епігенетичну модифікацію ДНК і епігенетичну модифікацію РНК?» сказав співавтор дослідження Франсуа Фукс, директор Центру дослідження раку ULB у Бельгії. «[Наше дослідження показує] прямий зв’язок між метилюванням ДНК і модифікацією РНК, якого раніше не було», — сказав він Live Science.
За словами Фукса, це дослідження має деякі обмеження, а саме те, що воно здебільшого зосереджено на диференціації ембріональних стовбурових клітин. Модифікації ДНК і РНК окремо були добре охарактеризовані в стовбурових клітинах у минулих дослідженнях, тому дослідникам було сенс почати з них. Але ці ж типи модифікацій ДНК і РНК присутні в усіх типах клітин.
«Зважаючи на це, дуже малоймовірно, що [цей механізм] буде діяти лише в клітинах ES», — сказав Фукс.
Це відкриття ставить під сумнів усталену точку зору, згідно з якою ці процеси модифікації РНК і ДНК є абсолютно різними, і припускає, що воно може мати ширші наслідки для біології людини та захворювань. З цією метою Фукс і його команда намагаються визначити, як цей новий механізм пов’язаний з раком.
Фук припустив, що якщо координація епігенетики ДНК і РНК порушується, ви можете отримати занадто багато або занадто мало білка. «Тепер ключовий білок буде експресуватися на занадто високому рівні, — сказав він. — Це може бути згубним для клітини та сприяти пухлиногенезу» або утворенню пухлин.
Уже є схвалені методи лікування, які пригнічують метилювання ДНК, і є рання фаза клінічного випробування, що перевіряє інгібування метилювання РНК як лікування раку. Фукс і його команда перевіряють потенціал поєднання цих існуючих методів лікування для покращення результатів лікування пацієнтів. Попередні дані їх лабораторних досліджень свідчать про те, що ця стратегія може бути корисною для пацієнтів з лейкемією.
Принаймні в чашках Петрі «ми можемо повернути прогресування раку лейкемічних клітин, додавши ці два препарати разом», — сказав Фук. «Зрештою, чому ми не змогли поєднати ці два препарати для лікування пацієнтів?»
Дженніфер Зіба Соціальні посилання Навігація Live Science Contributor
Дженніфер Зіба отримала ступінь доктора філософії з генетики людини в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі. Зараз вона є науковим співробітником проекту у відділенні ортопедичної хірургії в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі, де працює над виявленням мутацій і можливим лікуванням рідкісних генетичних захворювань опорно-рухового апарату. Джен любить викладати та доносити складні наукові концепції до широкої аудиторії та є позаштатним автором багатьох онлайн-видань.
Перш ніж коментувати, потрібно підтвердити своє загальнодоступне відображуване ім’я
Будь ласка, вийдіть, а потім увійдіть знову, після чого вам буде запропоновано ввести ваше відображуване ім’я.
Вийти
Sourse: www.livescience.com
