Исследование группы Хакетта в EMBL Риме привело к разработке мощного метода редактирования генов, который открывает возможность точно программировать модификации хроматина.
Понимание того, как гены регулируются на молекулярном уровне, является серьезной проблемой современной биологии. Этот сложный механизм в основном обусловлен взаимодействием между белками, называемыми факторами транскрипции. ДНК Регуляторные регионы и эпигенетические модификации – химические изменения, изменяющие структуру хроматина. Совокупность эпигенетических модификаций клеточного генома называется эпигеномом.
Достижения в редактировании эпигенома
В исследовании, опубликованном сегодня (9 мая) в Природная генетикаУченые из группы Хакетта из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Риме разработали модульную платформу редактирования генома — систему для программирования эпигенетических модификаций в любой части генома. Система позволяет ученым изучать влияние каждой модификации хроматина на транскрипцию — механизм, с помощью которого гены транскрибируются в мРНК, катализируя синтез белка.
Считается, что модификации хроматина способствуют регуляции ключевых биологических процессов, таких как развитие, реакция на сигналы окружающей среды и болезни.
Чтобы понять влияние определенных меток хроматина на регуляцию генов, предыдущие исследования нанесли на карту их распределение в геномах здоровых и больных типов клеток. Объединив эти данные с анализом экспрессии генов и известными эффектами нарушения определенных генов, ученые приписали функции этим меткам хроматина.
Однако оказалось трудно определить причинную связь между метками хроматина и регуляцией генов. Задача состоит в том, чтобы проанализировать индивидуальный вклад многих сложных факторов, участвующих в такой регуляции – меток хроматина, факторов транскрипции и регуляторных последовательностей ДНК.
Прорыв в технологии редактирования эпигенома
Ученые из группы Хакетта разработали модульную систему редактирования генома, позволяющую точно запрограммировать девять биологически важных меток хроматина в любую желаемую область генома. Система основана на CRISPR — широко используемой технологии редактирования генома, которая позволяет исследователям вносить модификации в определенные участки ДНК с высокой точностью и эффективностью. Точность.
Такие тонкие пертурбации позволили им тщательно проанализировать причинно-следственные связи между метками хроматина и их биологическими эффектами. Ученые также разработали и использовали «репортерную систему», которая позволила им измерить изменения в экспрессии генов на уровне отдельных клеток и понять, как изменения в последовательности ДНК влияют на эффект каждой метки хроматина. Их результаты показывают причинную роль набора меток хроматина, важных в регуляции генов.
Ключевые выводы и будущие направления
Например, исследователи обнаружили новую роль H3K4me3, метки хроматина, которая ранее считалась следствием транскрипции. Они отметили, что H3K4me3 может сам по себе увеличивать транскрипцию, если его искусственно добавить к определенным участкам ДНК.
«Это был очень захватывающий и неожиданный результат, который превзошел все наши ожидания», — сказала Кристина Поликарпи, научный сотрудник группы Хакетта и ведущий научный сотрудник исследования. «Наши данные указывают на сложную регуляторную сеть, в которой множество управляющих факторов взаимодействуют, модулируя уровни экспрессии генов в данной клетке. Эти факторы включают ранее существовавшую структуру хроматина, лежащую в основе последовательность ДНК и расположение в геноме.
Потенциальные применения и будущие исследования
Хакетт и его коллеги в настоящее время изучают способы использования этой технологии в рамках многообещающего стартап-проекта. Следующим шагом будет подтверждение и расширение этих выводов путем воздействия на гены в разных типах клеток и в широком масштабе. Как метки хроматина влияют на транскрипцию посредством разнообразия генов и последующих механизмов, еще предстоит выяснить.
«Наш модульный набор инструментов для эпигенетического редактирования представляет собой новый экспериментальный подход к анализу взаимосвязей между геномом и эпигеномом», — сказал Джейми Хакетт, руководитель группы EMBL в Риме. «Система может быть использована в будущем, чтобы более точно понять важность эпигеномных изменений, влияющих на активность генов во время развития и при заболеваниях человека. С другой стороны, эта технология также открывает возможность программировать желаемые уровни экспрессии генов в высокой степени. настраиваемым образом. Это захватывающее направление для применения». Точная польза для здоровья может быть полезна в случаях заболеваний.
Ссылка: «Редактирование стволового генома отражает контекстно-зависимую инструктивную функцию модификаций хроматина» 9 мая 2024 г., Природная генетика.
doi: 10.1038/s41588-024-01706-s
«Интроверт. Мыслитель. Решатель проблем. Злой специалист по пиву. Склонен к приступам апатии. Эксперт по социальным сетям».
More Stories
Эта потрясающая фотография лица муравья выглядит как кошмар: ScienceAlert
SpaceX запустила 23 спутника Starlink из Флориды (видео и фото)
В то время как ULA изучает аномалию ракеты-носителя Vulcan, она также исследует аэродинамические проблемы.