Обучение у одной клетки: новый метод расшифровки генной регуляции

Как активность генов регулируется упаковкой ДНК? Чтобы ответить на этот вопрос, Франка Ранг и Ким де Лука, исследователи из группы Jop Kind (руководитель группы в Институте Хабрехта и исследователь Oncode), разработали метод одновременного измерения как экспрессии генов, так и упаковки ДНК. Этот метод, EpiDamID, определяет расположение модифицированных белков, вокруг которых обернута ДНК. Важно собрать информацию об этих модификациях, потому что они влияют на доступность ДНК, тем самым влияя на активность генов. Поэтому EpiDamID ценен для исследования раннего развития организмов. Результаты исследования опубликованы в Молекулярная клетка на 1 апреля 2022 года.


Чтобы поместить ДНК в ядро ​​, она плотно упаковывается вокруг ядерных белков: гистонов. В зависимости от плотности этой обмотки ДНК может быть (не)доступной для других белков. Таким образом, это определяет, будет ли процесс экспрессия геновможет иметь место трансляция ДНК в РНК и, в конечном итоге, в белки.

Упаковка ДНК определяет активность генов

Плотность намотки ДНК вокруг гистонов регулируется добавлением молекулярных групп, так называемых посттрансляционные модификации (ПТМ), к гистонам. Например, если к гистонам добавить определенные молекулы, спираль ДНК ослабится. Это делает ДНК более доступной для определенных белков и заставляет гены в этой части ДНК становиться активными, или выраженный. Кроме того, белки, которые имеют решающее значение для экспрессии генов, могут напрямую распознавать и связывать PTM. Это позволяет транскрипция: процесс копирования ДНК.

Регуляция экспрессии генов, например, с помощью PTM, также известна как эпигенетическая регуляция. Поскольку все клетки в организме имеют одинаковую ДНК, регуляция экспрессии генов необходима для (де)активации определенных функций в отдельных клетках. Например, клетки сердечной мышцы выполняют другие функции, чем клетки кожи, поэтому для экспрессии требуются другие гены.

Анализ одиночных клеток с помощью EpiDamID

Чтобы понять, как PTM влияют на экспрессию генов, первые авторы Франка Ранг и Ким де Лука разработали новый метод определения местоположения модификаций. Используя этот подход, называемый EpiDamID, исследователи могут анализировать отдельные клетки, тогда как предыдущие методы позволяли измерять только большую группу клеток. Анализ в таком малом масштабе приводит к знанию того, как спираль ДНК различается в каждой клетке, а не к информации о средней обмотке ДНК многих клеток.

EpiDamID основан на DamID, методе, который используется для определения места связывания определенных ДНК-связывающих белков. Используя EpiDamID, можно определить место связывания специфических PTM с гистоновыми белками в отдельных клетках. Большим преимуществом этой методики по сравнению с другими является то, что исследователям требуется очень ограниченный материал. Кроме того, EpiDamID можно использовать в сочетании с другими методами, такими как микроскопия, для изучения регуляции экспрессии генов на разных уровнях.

Будущие перспективы