- 28,792
- 46
- 8 Ноя 2022
Ген нельзя просто взять и включить — его приходится «уговаривать» всей компанией белков.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">В геноме человека больше 20 тысяч генов, однако отдельно взятая клетка использует лишь небольшую часть набора. Клетке кожи не нужны программы, которые управляют работой нейрона или мышечного волокна. Поэтому одни участки ДНК остаются закрытыми, а другие становятся доступными именно тогда, когда клетке требуется записанная в них инструкция. Новый экспериментальный метод показал, что энхансер гораздо чаще открывается для работы, если к нему одновременно присоединяются несколько транскрипционных факторов.
Работу проводили на эмбриональных стволовых клетках мыши. Биологи хорошо знают действующие в них транскрипционные факторы и могут быстро удалять отдельные белки или менять распознаваемые ими участки ДНК. Благодаря этому удобно проверять, как каждая перестройка влияет на работу генов. Обнаруженные закономерности описывают базовые процессы в клетках млекопитающих, но переносить результаты на все ткани человеческого организма без дополнительных исследований нельзя.
Когда клетке требуется определённый белок, РНК-полимераза считывает соответствующий ген и создаёт матричную РНК. Молекула переносит инструкцию к рибосоме, которая собирает по ней белок. От выбора работающих генов зависят свойства клетки, её реакция на внешние сигналы и выполняемые функции.
Сам ген не управляет собственным включением. Рядом с ним и на значительном расстоянии расположены регуляторные элементы. Промотор отмечает место, где начинается транскрипция и собирается необходимый молекулярный комплекс. Энхансер помогает повысить вероятность запуска связанного с ним гена, даже если находится далеко от промотора.
С энхансерами связываются транскрипционные факторы , то есть белки, распознающие короткие последовательности ДНК. Они привлекают другие молекулярные компоненты и помогают открыть нужный участок для транскрипционного аппарата. Доступ зависит от состояния хроматина, комплекса ДНК и белков, который позволяет упаковать длинную молекулу внутри клеточного ядра.
Большая часть ДНК намотана на белковые комплексы, называемые нуклеосомами. Плотная упаковка защищает геном, но одновременно мешает регуляторным белкам добраться до нужных последовательностей. Пока нуклеосома закрывает энхансер, транскрипционный фактор не может прочно связаться с ДНК. Перед активацией регуляторный участок должен хотя бы ненадолго освободиться.
Доступность энхансеров заметно различалась даже между генетически одинаковыми клетками. Промоторы работающих генов обычно оставались открытыми у большей части популяции, а энхансеры часто включались лишь в отдельных клетках. Медианная доступность участков связывания транскрипционных факторов внутри энхансеров составляла около 48%. Один регуляторный участок в конкретный момент мог быть свободен в одной клетке и закрыт нуклеосомой в соседней.
Чтобы измерить вклад отдельного транскрипционного фактора, учёные использовали естественные однонуклеотидные различия между линиями мышей, удаляли из энхансеров участки связывания и быстро разрушали выбранные белки внутри клеток. Потеря одного фактора обычно лишь немного уменьшала доступность хроматина.
При удалении нескольких участков связывания последствия усиливались. Большинство транскрипционных факторов по отдельности повышало вероятность открытия энхансера лишь у небольшой доли клеток. Заметный результат появлялся за счёт накопления их вкладов: несколько белков совместно вытесняли нуклеосомы и чаще переводили регуляторный участок в доступное состояние.
Однако число связанных белков объясняет не всё. На работу энхансера влияют соседние последовательности ДНК и химические метки на гистонах, вокруг которых намотан геном. Поэтому одинаковые регуляторные элементы могут вести себя по-разному после встраивания в разные части хромосомы.
Химические метки на гистонах называют эпигенетическими модификациями . Порядок букв в ДНК при этом не меняется, но хроматин может стать плотнее или свободнее. В естественном геноме сразу действует множество факторов, поэтому трудно отделить влияние самой последовательности энхансера от влияния окружающего участка хромосомы.
Разобраться в двух источниках влияния помогла система mCHIRA. Метод позволяет поочерёдно встраивать сотни или тысячи энхансеров и промоторов в одно заранее выбранное место генома. Все последовательности оказываются в одинаковом хроматиновом окружении, а различия в их работе можно связать с устройством самих регуляторных элементов.
Другие массовые методы часто проверяют последовательности вне естественного хроматина или распределяют их по разным участкам генома. Искусственная конструкция не полностью воспроизводит условия внутри хромосомы, а случайное место встраивания добавляет ещё одну переменную. mCHIRA сохраняет настоящее геномное окружение и делает его одинаковым для всех проверяемых образцов.
После переноса сотен энхансеров в одну точку многие элементы повели себя иначе, чем на прежнем месте. Следовательно, последовательность ДНК задаёт лишь часть их свойств. Окружающий хроматин тоже влияет на вероятность открытия и последующей активации регуляторного участка.
Отдельную роль сыграл белок p300, фермент, который присоединяет ацетильные группы к гистонам. Одна из характерных для активных регуляторных участков модификаций называется H3K27ac. Обозначение указывает, что ацетильная группа присоединена к лизину в позиции 27 гистона H3.
После подавления p300 уровень H3K27ac снизился у 5823 регуляторных элементов. Чем сильнее уменьшалось ацетилирование, тем реже соответствующий участок оставался открытым. Значит, p300 не просто появляется рядом с работающими энхансерами, а помогает сохранять доступ к ним.
Активация энхансера зависит от согласованной работы нескольких механизмов. Транскрипционные факторы распознают нужную последовательность и мешают нуклеосомам снова закрыть её. p300 изменяет гистоны и поддерживает более свободную упаковку ДНК. Чем чаще участок остаётся доступным, тем легче он привлекает РНК-полимеразу II и влияет на транскрипцию связанного гена.
Различия между отдельными клетками измеряли с помощью одно-молекулярного футпринтинга. Перед секвенированием фермент наносит химические метки на свободные основания ДНК. Нуклеосомы и транскрипционные факторы закрывают места своего связывания, поэтому защищённые участки остаются без меток.
После секвенирования учёные видят расположение белков на каждой отдельной молекуле ДНК. Длинный защищённый фрагмент обычно указывает на нуклеосому, а короткий след может соответствовать транскрипционному фактору. Массовые методы усредняют сигнал по огромному числу клеток, тогда как одно-молекулярный анализ показывает долю открытых, закрытых и занятых белками молекул.
Данные обрабатывала вычислительная система FootprintCharter. Алгоритм самостоятельно группирует молекулы по рисунку доступности, распознаёт следы нуклеосом и транскрипционных факторов, а затем подсчитывает частоту каждого состояния. В результате биологи получают не условную силу сигнала, а долю клеток, в которых конкретный энхансер действительно открыт.
Обычный анализ доступного хроматина не всегда различает разные причины сильного сигнала. Короткий участок может быть открыт почти во всех клетках, а более длинный фрагмент лишь в части популяции. Усреднённые показатели иногда выглядят похоже, но одно-молекулярный футпринтинг разделяет два состояния.
Система mCHIRA вместе с одно-молекулярными измерениями позволяет проверить, как последовательность ДНК, транскрипционные факторы и эпигенетические метки управляют одним регуляторным элементом. В дальнейшем метод можно применить к большему числу вариантов и выяснить, как отдельные мутации меняют доступность энхансеров и работу связанных с ними генов.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">В геноме человека больше 20 тысяч генов, однако отдельно взятая клетка использует лишь небольшую часть набора. Клетке кожи не нужны программы, которые управляют работой нейрона или мышечного волокна. Поэтому одни участки ДНК остаются закрытыми, а другие становятся доступными именно тогда, когда клетке требуется записанная в них инструкция. Новый экспериментальный метод показал, что энхансер гораздо чаще открывается для работы, если к нему одновременно присоединяются несколько транскрипционных факторов.
Работу проводили на эмбриональных стволовых клетках мыши. Биологи хорошо знают действующие в них транскрипционные факторы и могут быстро удалять отдельные белки или менять распознаваемые ими участки ДНК. Благодаря этому удобно проверять, как каждая перестройка влияет на работу генов. Обнаруженные закономерности описывают базовые процессы в клетках млекопитающих, но переносить результаты на все ткани человеческого организма без дополнительных исследований нельзя.
Когда клетке требуется определённый белок, РНК-полимераза считывает соответствующий ген и создаёт матричную РНК. Молекула переносит инструкцию к рибосоме, которая собирает по ней белок. От выбора работающих генов зависят свойства клетки, её реакция на внешние сигналы и выполняемые функции.
Сам ген не управляет собственным включением. Рядом с ним и на значительном расстоянии расположены регуляторные элементы. Промотор отмечает место, где начинается транскрипция и собирается необходимый молекулярный комплекс. Энхансер помогает повысить вероятность запуска связанного с ним гена, даже если находится далеко от промотора.
С энхансерами связываются транскрипционные факторы , то есть белки, распознающие короткие последовательности ДНК. Они привлекают другие молекулярные компоненты и помогают открыть нужный участок для транскрипционного аппарата. Доступ зависит от состояния хроматина, комплекса ДНК и белков, который позволяет упаковать длинную молекулу внутри клеточного ядра.
Большая часть ДНК намотана на белковые комплексы, называемые нуклеосомами. Плотная упаковка защищает геном, но одновременно мешает регуляторным белкам добраться до нужных последовательностей. Пока нуклеосома закрывает энхансер, транскрипционный фактор не может прочно связаться с ДНК. Перед активацией регуляторный участок должен хотя бы ненадолго освободиться.
Доступность энхансеров заметно различалась даже между генетически одинаковыми клетками. Промоторы работающих генов обычно оставались открытыми у большей части популяции, а энхансеры часто включались лишь в отдельных клетках. Медианная доступность участков связывания транскрипционных факторов внутри энхансеров составляла около 48%. Один регуляторный участок в конкретный момент мог быть свободен в одной клетке и закрыт нуклеосомой в соседней.
Чтобы измерить вклад отдельного транскрипционного фактора, учёные использовали естественные однонуклеотидные различия между линиями мышей, удаляли из энхансеров участки связывания и быстро разрушали выбранные белки внутри клеток. Потеря одного фактора обычно лишь немного уменьшала доступность хроматина.
При удалении нескольких участков связывания последствия усиливались. Большинство транскрипционных факторов по отдельности повышало вероятность открытия энхансера лишь у небольшой доли клеток. Заметный результат появлялся за счёт накопления их вкладов: несколько белков совместно вытесняли нуклеосомы и чаще переводили регуляторный участок в доступное состояние.
Однако число связанных белков объясняет не всё. На работу энхансера влияют соседние последовательности ДНК и химические метки на гистонах, вокруг которых намотан геном. Поэтому одинаковые регуляторные элементы могут вести себя по-разному после встраивания в разные части хромосомы.
Химические метки на гистонах называют эпигенетическими модификациями . Порядок букв в ДНК при этом не меняется, но хроматин может стать плотнее или свободнее. В естественном геноме сразу действует множество факторов, поэтому трудно отделить влияние самой последовательности энхансера от влияния окружающего участка хромосомы.
Разобраться в двух источниках влияния помогла система mCHIRA. Метод позволяет поочерёдно встраивать сотни или тысячи энхансеров и промоторов в одно заранее выбранное место генома. Все последовательности оказываются в одинаковом хроматиновом окружении, а различия в их работе можно связать с устройством самих регуляторных элементов.
Другие массовые методы часто проверяют последовательности вне естественного хроматина или распределяют их по разным участкам генома. Искусственная конструкция не полностью воспроизводит условия внутри хромосомы, а случайное место встраивания добавляет ещё одну переменную. mCHIRA сохраняет настоящее геномное окружение и делает его одинаковым для всех проверяемых образцов.
После переноса сотен энхансеров в одну точку многие элементы повели себя иначе, чем на прежнем месте. Следовательно, последовательность ДНК задаёт лишь часть их свойств. Окружающий хроматин тоже влияет на вероятность открытия и последующей активации регуляторного участка.
Отдельную роль сыграл белок p300, фермент, который присоединяет ацетильные группы к гистонам. Одна из характерных для активных регуляторных участков модификаций называется H3K27ac. Обозначение указывает, что ацетильная группа присоединена к лизину в позиции 27 гистона H3.
После подавления p300 уровень H3K27ac снизился у 5823 регуляторных элементов. Чем сильнее уменьшалось ацетилирование, тем реже соответствующий участок оставался открытым. Значит, p300 не просто появляется рядом с работающими энхансерами, а помогает сохранять доступ к ним.
Активация энхансера зависит от согласованной работы нескольких механизмов. Транскрипционные факторы распознают нужную последовательность и мешают нуклеосомам снова закрыть её. p300 изменяет гистоны и поддерживает более свободную упаковку ДНК. Чем чаще участок остаётся доступным, тем легче он привлекает РНК-полимеразу II и влияет на транскрипцию связанного гена.
Различия между отдельными клетками измеряли с помощью одно-молекулярного футпринтинга. Перед секвенированием фермент наносит химические метки на свободные основания ДНК. Нуклеосомы и транскрипционные факторы закрывают места своего связывания, поэтому защищённые участки остаются без меток.
После секвенирования учёные видят расположение белков на каждой отдельной молекуле ДНК. Длинный защищённый фрагмент обычно указывает на нуклеосому, а короткий след может соответствовать транскрипционному фактору. Массовые методы усредняют сигнал по огромному числу клеток, тогда как одно-молекулярный анализ показывает долю открытых, закрытых и занятых белками молекул.
Данные обрабатывала вычислительная система FootprintCharter. Алгоритм самостоятельно группирует молекулы по рисунку доступности, распознаёт следы нуклеосом и транскрипционных факторов, а затем подсчитывает частоту каждого состояния. В результате биологи получают не условную силу сигнала, а долю клеток, в которых конкретный энхансер действительно открыт.
Обычный анализ доступного хроматина не всегда различает разные причины сильного сигнала. Короткий участок может быть открыт почти во всех клетках, а более длинный фрагмент лишь в части популяции. Усреднённые показатели иногда выглядят похоже, но одно-молекулярный футпринтинг разделяет два состояния.
Система mCHIRA вместе с одно-молекулярными измерениями позволяет проверить, как последовательность ДНК, транскрипционные факторы и эпигенетические метки управляют одним регуляторным элементом. В дальнейшем метод можно применить к большему числу вариантов и выяснить, как отдельные мутации меняют доступность энхансеров и работу связанных с ними генов.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
