Регуляторы сворачивания ДНК могут стать мишенями для лечения рака

Большинство клеток человеческого тела содержат около шести футов ДНК. Однако ядро, где свернута ДНК, не больше пылинки. Несмотря на свою плотность, ДНК — это не спутанный клубок пряжи. Она организована в сложные слои петель, которые складываются и разворачиваются в ответ на сигналы от клетки.

Ученые знают, что трехмерная форма ДНК важна. Эта длинная спиральная нить усеяна генами, которые транслируются в белки для управления клеточной активностью. А структура генома — эти слои петель — определяет, какие гены активны в любой момент времени. Однако то, как поддерживается трехмерная структура генома, менее ясно. Структурные изменения и аномалии связаны со многими заболеваниями, такими как рак и нарушения развития. Определение того, что контролирует структуру генома, может дать цели для лечения.

В новом исследовании, опубликованном в Nature Methods , ученые Йельского университета обнаружили 21 регулятор структуры генома, 19 из которых связаны с заболеваниями. Они разработали комбинацию передовых методов, которые устанавливают новый стандарт точности и эффективности.

«Благодаря нашему подходу мы смогли создать первую платформу скрининга для регуляторов многомасштабной 3D-организации генома», — говорит Сыюань (Стивен) Ван, доктор философии, доцент генетики и клеточной биологии Йельской школы медицины и старший автор исследования. Каждый из этих регуляторов может стать новой мишенью для лекарств от болезней или антивозрастной терапии, добавляет он.

Поиск регуляторов структуры генома
В ядре клетки ДНК обвивает белки, и вместе они образуют толстое волокно, называемое хроматином. Гены в сердце плотной хроматиновой спирали труднодоступны, и поэтому по сути неактивны.

Регуляторы хроматина помогают сдерживать экспрессию генов, деление клеток и восстановление повреждений ДНК, раскручивая и уплотняя ДНК, изменяя то, какие гены подвергаются воздействию. «Структура генома контролирует многие, если не все, геномные функции», — говорит Ван.

В 2016 году Ван возглавил команду, которая изобрела первую технологию 3D-геномики на основе изображений , называемую трассировкой хроматина. Этот подход добавил больше нюансов, чем методы на основе секвенирования, которые выводят структуру на основе взаимодействий между сегментами свернутой ДНК. Трассировка хроматина включает маркировку ДНК флуоресцентными метками для отслеживания многочисленных соседних сегментов по мере сворачивания и разворачивания цепи.

В этом новом исследовании ученые объединили трассировку хроматина с объединенным скринингом CRISPR, который инактивирует отдельные гены во многих различных клетках, и изобрели систему штрихкодирования под названием BARC-FISH, которая идентифицирует клетки на основе инактивированных генов. Интеграция этих методов позволила исследователям увидеть структурные изменения, возникающие в результате нокаута каждого отдельного гена.

«По сути, мы фиксируем моментальный снимок того, как выглядит свернутая ДНК при каждом изменении гена», — говорит Ван.

Подход позволяет сравнивать много генов-кандидатов одновременно, в отличие от предыдущих методов. В этом исследовании они протестировали 137 генов, но, по словам Вана, метод масштабируем. «Мы могли бы сделать в 10 раз больше генов», — добавляет он.

Читайте также: