Новое открытие может переписать книги по генетике

Исследователи обнаружили «пространственную грамматику» в ДНК Это переопределяет роль транскрипционных факторов в регуляции генов, влияя на наше понимание генетических изменений и заболеваний.

Открытие нового кода внутри ДНК, известного как «пространственная грамматика», может помочь нам раскрыть секрет того, как активность генов кодируется в геноме человека.

Это революционное открытие, сделанное исследователями из Университета штата Вашингтон и Калифорнийского университета в Сан-Диего, было опубликовано в журнале. природаНедавнее исследование выявило скрытые пространственные грамматики, обнаруженные в ДНК, о которых уже давно предполагалось. Это исследование может изменить представление ученых о регуляции генов и о том, как генетические вариации могут влиять на экспрессию генов во время развития или заболевания.

Обнаружение позиционной зависимости

Факторы транскрипции, белки, которые контролируют, какие гены включаются или выключаются в геноме, играют решающую роль в этом коде. Долгое время считалось, что факторы транскрипции действуют как активаторы или репрессоры активности генов, но это исследование показывает, что функция факторов транскрипции более сложна.

«Вопреки тому, что вы найдете в учебниках, факторы транскрипции, которые действуют как настоящие активаторы или репрессоры, встречаются на удивление редко», — сказал Саша Дутке, доцент Университета штата Вашингтон, который руководил большей частью исследований в Школе молекулярных биологических наук в США. Колледж ветеринарной медицины.

Вместо этого ученые обнаружили, что большинство стимуляторов также могут действовать как ингибиторы.

«Если вы удалите активатор, ваша гипотеза состоит в том, что вы потеряете активацию», — сказала Бэйли Макдональд, аспирантка Университета штата Вашингтон, которая была частью исследовательской группы. «Но это было правдой только в 50–60% случаев. , поэтому мы знали, что произошла ошибка».

Присмотревшись, исследователи обнаружили, что функция многих факторов транскрипции сильно зависит от положения.

Исследователи обнаружили, что расстояние между факторами транскрипции и их расположение относительно того места, где ген начинает транскрибироваться, определяет уровень активности гена. Например, факторы транскрипции могут активировать экспрессию гена, если их разместить выше или перед сайтом, где начинается транскрипция гена, но ингибировать их активность, если они расположены ниже или после сайта, где начинается транскрипция гена.

«Именно пространство, или «окружение», определяет, действует ли конкретный фактор транскрипции как активатор или как репрессор», — сказал Дутке. «Это показывает, что, как и при изучении нового языка, чтобы узнать, как модели экспрессии генов закодированы в нашем геноме, нам необходимо понимать его слова и грамматические правила».

Значение для генетических исследований

Кристофер Пеннер, доцент Калифорнийского университета в Сан-Диего, ожидает, что, включив недавно открытые «пространственные правила», ученые смогут получить более глубокое понимание того, как мутации или генетические вариации влияют на экспрессию генов и способствуют развитию болезней.

«Потенциальные возможности применения этой технологии огромны, и, по крайней мере, она изменит подход ученых к изучению экспрессии генов», — сказал Беннер.

Ссылка: «Позиционно-зависимая функция человеческих последовательность-специфичных транскрипционных факторов», Саша Х. Дутке, Карлос Гузман, Макс Чжан, Натаниэль Б. Делос Сантос, Билли Р. Макдональд, Цзя Ли Ши, Аарон Ф. Карлин, Свен Хайнц, и Кристофер Пеннер, 17 июля 2024 г. природа.
doi: 10.1038/s41586-024-07662-z