Учёные Пермского Политеха предложили модель, объясняющую работу генов и рак

Современная биология успешно расшифровала геном человека, но так и не смогла полностью объяснить, как клетка выбирает собственный путь развития — почему одна становится нейронной, а другая переходит к бесконтрольному делению. До сих пор исследователи анализировали отдельные белки и сигналы, однако этот подход не объяснял, каким образом тысячи генов меняют активность одновременно.

Учёные Пермского Политеха создали математическую модель ДНК, которая впервые описывает универсальный физический механизм, управляющий поведением генов. Результаты опубликованы в International Journal of Molecular Science.

Исследователи поясняют: для запуска экспрессии ген должен физически «открыться», а для бездействия — оставаться закрытым. Судьба клетки определяется тем, как синхронно меняются состояния множества участков ДНК. Нарушение этого порядка может приводить к опухолевому росту или сбоям развития.

Классические исследования рассматривали процесс локально, на уровне химических реакций, но не объясняли общую координацию. Специалисты ПНИПУ предположили, что ДНК функционирует как биологический кристалл: любое «открытие» участка меняет механическое напряжение всей цепи. Эта волна напряжения может воздействовать на удалённые домены, облегчая или мешая их активации.

Учёные создали модель, где каждый фрагмент ДНК может находиться в стабильном, неустойчивом или критическом состоянии. Численные расчёты показали: когда один участок открывается, вся цепь начинает «подталкивать» соседние фрагменты к аналогичному переходу. Это объясняет, как клетка способна быстро перестраивать работу генома.

Модель сравнили с экспериментальными данными для разных типов клеток — от эмбриональных до раковых — и получили совпадение результатов. На основе этих данных исследователи предположили: раковая клетка «застревает» в состоянии деления из-за недостаточного числа критических участков, что мешает ей перейти к нормальному функционированию. Это открывает путь к новым методам терапии, направленным на изменение внутреннего состояния клетки, а не только на её уничтожение.

Следующий этап — научиться определять структурные параметры ДНК в живых клетках, чтобы проверять предсказания модели и применять её в медицине и биотехнологиях.

Источник: Naked Science

Рекомендуем также:

1. Сравнил российские и белорусские сыры: выводы о «белорусском качестве» оказались неожиданными