Их открытие — что упорядочение конкретных последовательностей ДНК в ключевых областях генома влияет на активность генов — может способствовать развитию усилий по использованию генной и клеточной терапии для лечения заболеваний, сказал молекулярный биолог UCSF Надав Ахитув, доктор философии, старший научный сотрудник. на исследование. Результаты были опубликованы в журнале Nature Genetics 28 июля и появятся в сентябрьском печатном выпуске.В генной терапии, которая все еще носит экспериментальный характер, в клетки доставляются определенные гены для производства белков, которые улучшают клеточную физиологию и борются с болезнями.
Новые открытия предлагают способ активировать эти гены в определенных тканях.«Наша работа предлагает основу для создания синтетической тканеспецифической ДНК, которая может быть использована для контроля активации генов», — сказал Ахитув, доцент фармацевтической школы UCSF.Гены человека в каждой клетке одинаковы. Однако разные комбинации генов либо молчаливы, либо активно производят белок в разных клетках.
Эти паттерны активации генов отличают губы, например, от печени и определяют, нормально ли функционирует печень.В своем новом исследовании Ахитув и его коллеги добились значительного прогресса в понимании интеграции информации и принятия решений, происходящих в областях ДНК, которые управляют активацией этого гена.Исследователи определили, что ключевые фрагменты ДНК, называемые «энхансерами», которые служат своего рода регулятором генов, не действуют по принципу «все или ничего», чтобы контролировать, активны гены или нет.
Вместо этого исследователи обнаружили, что изменения в расположении конкретных последовательностей ДНК в этих усилителях приводят к изменениям уровней активности генов, подобно тому, как изменение синтаксиса предложения влияет на его значение.Энхансеры, когда они связаны белками, называемыми факторами транскрипции, играют необходимую роль в активации определенных генов, которые могут находиться на значительном расстоянии в хромосомах клетки. Ученые обнаружили, что расположение последовательностей ДНК в энхансерах определяет вероятность того, что соответствующие факторы транскрипции, обнаруженные в определенных типах клеток, будут прикрепляться и вызывать активацию генов.Полученные данные указывают на стратегию разработки энхансеров ДНК, которые могут оптимально направлять активность генов в конкретных тканях, нацеленных на генную терапию.
По словам Ахитува, аналогичные стратегии могут быть использованы для разработки методов клеточной терапии на основе стволовых клеток для использования в регенеративной медицине для замещения поврежденных тканей.Как и более 98 процентов ДНК в геноме человека, энхансеры находятся вне генов и называются «некодирующими». По словам Ахитува, мутации в энхансерах уже связаны с пороками развития человеческих конечностей, глухотой, аномалиями скелета, другими врожденными дефектами и раком.
По его словам, дополнительные мутации энхансера могут оказаться ответственными за многие ассоциации между вариациями ДНК и заболеваниями, которые были идентифицированы в геномных пробах для сравнения людей с конкретными заболеваниями и без них.Работая с мышами и клетками рака печени человека, выращенными в лаборатории, исследователи полагались на новую мощную лабораторную технику, чтобы иметь возможность провести то, что они описывают как «массовый параллельный эксперимент», чтобы изучить роли, которые играют конкретные комбинации энхансеров. в управлении активацией генов.
Они разработали разнообразную библиотеку из почти 5000 энхансеров, состоящих из сайтов связывания факторов транскрипции из 12 известных печеночно-специфических факторов транскрипции, и поместили каждый в пакет ДНК, который можно было ввести в хвост мыши, переместить в ее печень и, возможно, быть активируется факторами транскрипции в клетках печени мыши.
С помощью этого метода они смогли измерить способность каждого энхансера взаимодействовать с факторами транскрипции печени для включения генов.Технология, разработанная недавно в лаборатории соавтора Джея Шендуре, доктора философии из Вашингтонского университета, позволила исследовательской группе быстро получить уникальное считывание — например, генетический штрих-код — каждый раз, когда один из усилителей был участвует в активации генов.Лейла Тахер, кандидат наук, и Иван Овчаренко, кандидат наук, из Национального центра биотехнологической информации, входящего в Национальную медицинскую библиотеку, также внесли свой вклад в исследование, разработав алгоритмы, используемые для разработки синтетических энхансеров и для анализа большого количества собранных данных. .Генетический код был взломан полвека назад.
Он определяет, как четыре нуклеиновые кислоты ДНК, составляющие алфавит, — A, C, T и G — кодируют белок. Поскольку клеточный аппарат считывает длинные последовательности ДНК гена, последовательные трехбуквенные комбинации этих нуклеиновых кислот, называемые кодонами, определяют, какие аминокислоты, в свою очередь, будут связаны вместе, чтобы образовать кодируемый геном белок.
Но молекулярные биологи медленнее разгадывают тайны развития, которое разворачивается через деление и созревание клеток через различные паттерны активации генов, и медленнее понимают роль ДНК вне генов.