Российские ученые выяснили, как точно измерить активность генов

МОСКВА, 28 мар – РИА Новости. Молекулярные биологи из России и Саудовской Аравии выяснили, как можно очень точно измерить уровень активности генов и раскрыть некоторые особенности их эволюции, наблюдая за так называемыми "CpG-светофорами". Результаты их опытов были представлены в журнале BMC Genomics.

Человеческий геном содержит в себе примерно три миллиарда "букв"-нуклеотидов, около двадцати тысяч генов, кодирующих белки, и большое количество предположительно "мусорной" ДНК с пока не выясненными функциями.

Все эти участки генома выглядят и устроены абсолютно одинаково во всех наших клетках, но при этом в каждой из них "включен" свой собственный набор генов, важных для ее выживания и работы. Это возможно благодаря тому, что жизнь научилась гибко управлять их активностью, манипулируя структурой белковой "упаковки" ДНК и нанося особые метки на поверхность самих генов.

Юлия Медведева, молекулярный биолог из Центра биотехнологий РАН и МФТИ, и ее коллеги уже много лет пытаются раскрыть тайны работы этих "дирижеров" генного оркестра, изучая то, как белки, участвующие в процессе "чтения" ДНК, распознают эти метки и реагируют на них.

Подобные выросты, как давно знают ученые, присоединяются к генам не случайным образом, а в особых участках, где соседствуют две конкретных "буквы"-нуклеотида – цитозин и гуанин. В зависимости от того, где находится это сочетание, CpG-динуклеотид, присоединение к нему простейшей молекулы метана или мешает работе гена, или же заставляет клетку активнее считывать его.

В прошлом, как отмечают Медведева и ее коллеги, ученые считали, что все подобные метки примерно одинаково влияют на считываемость ДНК. Недавно российские ученые выяснили, что это "равноправие" было ложным – некоторые из подобных меток в начале гена, которые они назвали "CpG-светофорами", почти гарантированно блокировали его считывание.

Изначально ученые думали, что подобные метки непосредственно управляют работой белков, участвующих в транскрипции ДНК, мешая им взаимодействовать с генами. Сейчас российские биологи и их саудовские коллеги выяснили, что это далеко не так, проведя масштабную перепись "CpG-светофоров" в 48 разных типах тканей и клеток человека.

Оказалось, что они встречаются не только в так называемом промоторе, начальной части гена, но и в других его регионах, влияя на считываемость ДНК какими-то другими, пока неизвестными путями. Более того, авторы статьи неожиданно обнаружили, что взаимодействие "светофоров" и белков, считывающих промоторы, было скорее исключением, чем правилом.

При этом, что интересно, они оказались гораздо более надежным индикатором активности того или иного гена, чем общее число метильных меток на поверхности его центральной или начальной части. В общей сложности, ученые насчитали около восьми тысяч генов, чьей работой управляли в основном "светофоры".

И наконец, ученые заметили, что CpG-участки, где присутствовали "светофоры", в среднем мутировали реже, чем остальные регионы генома. Это говорит об их важном значении для эволюции человека и других млекопитающих.

Все это, по словам Медведева и ее коллег, позволяет одновременно использовать подобные структуры и для наблюдений за активностью конкретных генов, важных с точки зрения ученых или врачей, и для изучения того, как возникли механизмы генной регуляции.