Фукуока, Япония - Исследователи Университета Кюсю сделали революционное открытие относительно динамики генетической активности, показав, как пространственное расстояние между определенными регионами ДНК влияет на всплески генетической экспрессии. Это исследование, опубликованное 6 декабря в журнале Science Advances, использует передовые методы клеточной визуализации и компьютерного моделирования, чтобы пролить свет на сложные механизмы регуляции генов, потенциально открывая путь к новым терапевтическим подходам к заболеваниям, связанным с нарушением регуляции экспрессии генов.
Экспрессия генов является жизненно важным клеточным процессом, который включает транскрипцию, когда ДНК преобразуется в РНК, за которой следует трансляция в белки. Точная регуляция этого процесса критически важна для клеточной функции и реакции на изменения окружающей среды. Традиционно считалось, что транскрипция генов происходит плавно и непрерывно. Однако достижения в технологиях показали, что транскрипция происходит в коротких, непредсказуемых всплесках.
Профессор Хироши Отия из Медицинского института биорегуляции Университета Кюсю объясняет: "Ген случайным образом активируется на несколько минут, производя большое количество РНК, а затем внезапно выключается. Это явление, известное как транскрипционный всплеск, имеет решающее значение для контроля активности генов в отдельных клетках, влияя на процессы, такие как эмбриональное развитие и прогрессия рака."
Исследователи сосредоточились на ролях усиливающих и промоторных последовательностей - последовательностях ДНК, которые регулируют транскрипцию, и их пространственных отношениях. В то время как промоторы располагаются рядом с генами, усиливающие элементы могут находиться далеко, но все же могут взаимодействовать с генами через сворачивание ДНК.
Используя сложную технику визуализации, называемую seq-DNA/RNA-IF-FISH, команда запечатлела пространственную динамику ДНК, РНК и белков внутри эмбриональных стволовых клеток мыши. Их результаты показали, что когда ген Nanog был активен, его самый удаленный усиливающий элемент находился в близкой пространственной близости, тогда как усиливающий элемент удалялся, когда ген был неактивен.
Кроме того, команда использовала компьютерное моделирование для симуляции взаимодействий ДНК, показав, что активные гены испытывали продолжительные взаимодействия между усиливающими элементами и промоторами из-за увеличенной вязкости, вызванной накоплением белков и РНК. Эта вязкость замедляла движение ДНК, позволяя тем самым поддерживать длительные всплески генетической активности.
Отия отметил: "Моделирование показывает, что эти взаимодействия усиливают транскрипционные всплески. Следующий шаг - подтвердить этот механизм в живых клетках." Это исследование не только улучшает понимание регуляции генов, но и обещает разработать целевые терапии для генетических расстройств.