Биологи из Оксфорда впервые показали, как ДНК сворачивается в клетке, чтобы включать или выключать гены. Новый метод MCC ultra дал картинку с точностью до одной пары оснований — это как разглядеть каждую букву в двухметровой нити, упакованной в ядро размером с тысячную долю миллиметра. Результаты опубликованы в журнале Cell.
От последовательности к объему
Человеческий геном расшифровали еще в 2003 году — три миллиарда «букв» ДНК. Но знать порядок букв — это одно. Понять, как они работают в клетке, — совсем другое. ДНК не лежит прямой линией. Она скручивается, изгибается, образует петли, соединяя участки, удаленные друг от друга на миллионы оснований.
Эти петли — ключ к регуляции. Они решают, какой ген активируется в печени, а какой — в мозге. Представьте книгу, где главы открываются только при определенном сгибе страницы. Именно так клетка «читает» геном.
Как работает метод MCC ultra
MCC ultra — это улучшенная версия технологии Micro-Capture-C (MCC), которая позволяет «заглянуть» внутрь клетки и увидеть, как ДНК складывается в трехмерную структуру.
Раньше трехмерные связи ДНК видели лишь крупными мазками. Новый подход фиксирует их на молекулярном уровне. Ученые видят, где именно регуляторная последовательность касается гена, как физически складывается хроматин — белково-ДНК комплекс, в который упакована нить.
«Впервые мы можем увидеть, как переключатели управления геномом физически расположены внутри клеток», — говорит профессор Джеймс Дэвис, руководитель исследования.
Переключатели на поверхности
Команда выяснила, что участки ДНК, которые включают и выключают гены, не прячутся глубоко внутри «клубка» хромосомы. Силы притяжения и отталкивания (как магниты) выталкивают их на поверхность хроматина — плотной упаковки ДНК с белками. Там эти «переключатели» собираются в группы — зоны, где гены активно работают.
Это не случайность. Модели профессора Розананы Коллепардо-Гевара из Кембриджа показали: такие группы возникают сами, просто из-за физических свойств ДНК и белков, которые ее держат. Никаких внешних команд — только законы природы.
Почему это важно для здоровья
Более 90% генетических вариантов, связанных с раком, диабетом, аутоиммунными заболеваниями, сидят не в самих генах, а в регуляторных зонах. Мутация в переключателе — и ген включается не вовремя или не там.
«Это меняет наше понимание того, как работают гены и как происходят нарушения при заболеваниях. Теперь мы можем видеть, как изменения в сложной структуре ДНК приводят к таким заболеваниям, как сердечно-сосудистые, аутоиммунные и рак. Это крайне важно», — подчеркивает Дэвис.
От лаборатории к лечению
По словам ученых будущие лекарства будут не просто блокировать белки, а исправлять складывание ДНК. Например, если вернуть этот «переключатель» на место, то опухоль перестанет расти.
«Теперь у нас есть инструмент, позволяющий нам в мельчайших подробностях изучать, как контролируются гены. Это важный шаг к пониманию того, что происходит при болезни и что можно сделать, чтобы это исправить», — говорит Хангпенг Ли, ведущий экспериментатор.
Метод уже тестируют на моделях болезней. Следующая цель — создать атлас складывания ДНК для всех типов клеток. Это даст врачам карту: где именно сломалась регуляция у конкретного пациента. В перспективе — персонализированная медицина, где лечение подбирается не по симптомам, а по структуре генома в реальном времени.
Открыт тайный геометрический язык, с помощью которого ДНК думает и запоминает
Биоинженеры создали нейронную сеть из нитей ДНК, которая умеет учиться
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram