2016
Команда під керівництвом Франчески Сторічі (Francesca Storici) з Технологічного інституту Джорджії виявила в людському геномі неочікувану організаційну структуру, пов’язану з активністю генів і фізичною архітектурою ДНК. Як повідомляє Newswise Science News, результати, опубліковані в журналі Cell, можуть змінити уявлення про те, як влаштована ДНК, як відбувається транскрипція та як функціонує геном.
Зазвичай ДНК і РНК у клітині існують як окремі молекули й виконують різні функції. Проте невеликі будівельні блоки РНК — рибонуклеотиди — іноді вбудовуються безпосередньо в ланцюг ДНК під час нормальних клітинних процесів. Науковці знали про їхню наявність, але не мали уявлення, де саме по всьому геному вони розташовані та чи мають якусь роль.
Перша карта «рибому» людської ДНК
Група Сторічі, співпрацюючи з кількома науковими установами, створила детальну карту таких вбудованих рибонуклеотидів у ядерній ДНК людини. Виявилося, що вони розподілені не випадково, а формують характерні просторові візерунки по всьому геному.
Цей сукупний ландшафт рибонуклеотидів у ДНК дослідники назвали ядерним «рибомом» людини. За словами авторів роботи, це можна розглядати як додатковий «шар» інформації в геномі, який раніше залишався невидимим.
Традиційно вбудовані в ДНК рибонуклеотиди вважалися переважно помилками, які клітина має якнайшвидше виправити. Нова робота пропонує інший погляд: ці елементи можуть впливати на фізичні властивості ДНК і виконувати біологічні функції, які лише починають розкриватися.
Зв’язок із активністю генів і суперспіралізацією
Аналіз карти показав, що рибонуклеотиди особливо часто трапляються поблизу стартових ділянок активних генів — там, де клітина починає «зчитувати» інструкції ДНК для синтезу РНК. Їхня кількість зростає разом із рівнем активності гена.
Ці ділянки геному зазнають значного фізичного навантаження, оскільки ДНК там постійно розкручується й знову закручується під час багаторазового доступу до генетичної інформації. Дослідники виявили ознаки того, що вбудовані рибонуклеотиди впливають на те, наскільки щільно ДНК закручується в цих зонах.
Йдеться про явище суперспіралізації — додаткового закручування подвійної спіралі ДНК, яке тісно пов’язане з процесом транскрипції. Дані свідчать, що рибонуклеотиди можуть модулювати цю суперспіралізацію, створюючи раніше невідомий зв’язок між хімічним складом ДНК, її тривимірною топологією та зчитуванням генів.
Дослідники показали, що обробка й видалення вбудованих рибонуклеотидів здатні змінювати стан суперспіралізації ДНК. Це вказує на те, що ці «вкраплення» — не просто побічні продукти клітинної активності, а потенційні регулятори фізичної організації геному.
Можливі наслідки для розуміння хвороб
Отримані результати можуть допомогти краще пояснити захворювання, пов’язані з порушеннями систем, які видаляють рибонуклеотиди з ДНК. До них належать, зокрема, рідкісні автоімунні розлади, де помилки в обробці ДНК і РНК відіграють важливу роль.
У ширшому сенсі відкриття відкриває новий напрям досліджень ролі вбудованих рибонуклеотидів у біології людського геному. Перша повна карта цих «РНК-позначок» у ядерній ДНК людини демонструє, що те, що раніше вважали простими молекулярними помилками, може насправді робити внесок у те, як геном організований і як він працює.
Автори роботи очікують, що подальші дослідження «рибому» допоможуть з’ясувати, як саме рибонуклеотиди впливають на топологію ДНК, регуляцію транскрипції та підтримання цілісності геному, а також чи можна використати ці знання для кращого розуміння та, можливо, діагностики генетично зумовлених хвороб.
Вчені виявили новий «рибомний» шар у ядрі людського геному з’явилася спочатку на Цікавості.
