Сотрудники Института биологии гена РАН (Москва) и Принстонского университета (США) обнаружили в мозге
дрозофилы ранее не известный белок, участвующий в трёхмерной укладке ДНК в ядрах нервных клеток.
Исследователи назвали новую молекулу в честь первого пилотируемого космического аппарата Vostok.
Оказалось, что этот белок связывается с определёнными участками ДНК и образует на ней петли, необходимые
для правильной работы генов, в частности тех, что контролируют развитие нервной системы. Знание о функциях
белков-регуляторов важно для разработки подходов к редактированию некорректно работающих генов. Результаты
исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ),
опубликованы в журнале Molecular
Cell.
ДНК в ядрах клеток имеет определённую трёхмерную структуру, от которой зависит активность разных генов.
Особенно важна правильная укладка ДНК в нейронах, поскольку точная регуляция генов обеспечивает развитие
этих клеток и формирование связей между ними. Однако оставалось не до конца понятно, как контролируется
«сворачивание» ДНК, в частности, образование на ней петель, которые позволяют регуляторным белкам сближаться
с нужными генами, взаимодействовать с ними и тем самым изменять их активность. Ранее было известно, что в
этом процессе участвует
белок GAF, но учёные предполагали, что существуют и другие регуляторы.
Исследователи изучили механизмы укладки петель ДНК в клетках мозга личинок дрозофилы. Более ранние
исследования показали, что
ДНК содержит наибольшее число петель именно в нейронах, поэтому авторы выбрали для работы нервную
ткань.
Модель аппарата «Восток» и
петля ДНК
С помощью компьютерного анализа биологи обнаружили в геноме нейронов — наборе всех их генов — короткую
повторяющуюся последовательность, которая чаще всего встречается в участках, предположительно вовлечённых в
образование петель. Оказалось, что с этой последовательностью связывается ранее не известный регуляторный
белок. В схематичном виде петли ДНК обозначаются в виде дуги, которая напоминает траекторию полета ракеты.
Поэтому авторы назвали новый белок Vostok в честь первого пилотируемого космического аппарата.
Чтобы выяснить функции этого белка, исследователи с помощью метода редактирования генов CRISPR-Cas9
создали мутантных личинок, у которых ген Vostok был «выключен». Оказалось,
что в ДНК таких дрозофил петель стало на 7 % меньше. При этом петли, образуемые при участии белка Vostok,
отличались от тех, за которые отвечает ранее известный белок GAF. Это говорит о том, что регуляторы работают
независимо друг от друга и оба важны для правильной укладки ДНК.
Авторы проверили, как отсутствие белка Vostok у мутантных личинок отразилось на работе генов в нервных
клетках. Анализ показал, что активность некоторых последовательностей, контролирующих развитие нервной
системы, снизилась. В результате мутантные личинки погибали во время окукливания, и это подтверждает, что
утрата белка Vostok в мозге приводит к серьёзным дефектам развития и летальному исходу.
Руководитель проекта Максим
Ерохин
«Наше исследование подтверждает, что трехмерная укладка ДНК строго контролируется с помощью
ДНК-связывающих белков, одним из которых оказался Vostok. Понимание того, как формируются петли в
молекуле ДНК, открывает новые возможности для генной терапии. Например, поняв, как управлять
петлеобразованием, в будущем мы сможем корректировать работу генов при наследственных заболеваниях
нервной системы», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ,
Максим Ерохин, доктор биологических наук, руководитель группы биологии
хроматина Института биологии гена РАН.
Участник исследования Дарья
Четверина
«Так как при мутации в генах Vostok и GAF теряется только около 15 % петель ДНК, в геноме дрозофилы
должны существовать другие белки со схожими свойствами. Поиск таких белков — одна из наших будущих
задач. Также перспективной представляется возможность направленного создания петель ДНК с помощью белка
Vostok при наработке его в клетках человека», — комментирует участник проекта,
поддержанного грантом РНФ, Дарья Четверина, ведущий автор исследования,
кандидат биологических наук, руководитель группы эпигенетики Института биологии гена РАН.
Источник: пресс-служба РНФ.