„ | Хорошая работа, адекватный пересказ. Спасибо. | “ |
Молекулярные биологи из Массачусетского технологического института применили знакомую многим технологию CRISPR-Саs9 в новом для нее амплуа. Вместо редактирования генома она послужила для зондирования «темной материи» генома человека. «Лента.ру» ознакомилась с препринтом статьи, опубликованным на сайте BiorXiv, и выяснила, чем метод редактирования ДНК может помочь исследовать раковые опухоли.
Можно сказать, что вся наша ДНК состоит из двух частей. Первая — из генов, содержащих инструкции по созданию белков. Гены, как известно, это участки ДНК, в последовательности нуклеотидов которой зашифрована последовательность аминокислот, образующих белок. Информация с гена переписывается на другой молекулярный носитель — информационную РНК, и та отправляется из ядра клетки в цитоплазму, в сторону рибосом — «заводов» по производству белка. Белки осуществляют множество жизненно важных функций, поэтому можно сказать, что именно гены посредством белков формируют клетки и организм.
Большая часть вещества во Вселенной образована таинственной темной материей. Аналог темной материи есть и у ДНК. Около 98 процентов генома человека не является генами, а выполняет какие-то другие функции. Еще в 60-х годах XX века считалось, что эта ДНК вообще бесполезна, поэтому ее называли «мусорной». К ней относятся участки между генами, не кодирующие области внутри генов, которые вырезаются при формировании информационной РНК, и тандемные повторы — повторяющиеся фрагменты ДНК длиной от 1 до 100 нуклеотидов.
Однако все больше исследований показывает, что «мусорная» ДНК не такая уж и мусорная. И даже может кодировать белки, чьи функции пока неизвестны. «Темная материя» постепенно проясняется. Уже понятно, что большая часть некодирующей ДНК участвует в регуляции активности генов. Например, энхансеры, связываясь со специфическими белками — факторами транскрипции, увеличивают активность гена или группы генов. Сайленсеры, наоборот, глушат гены.
Вместе с новыми данными о некодирующей ДНК изменяются наши представления о роли мутаций в ней. Раньше считалось, что замена нуклеотидов в «мусорной» части генома никак не сказывается на клетке. Теперь известно, что мутации в регуляторных последовательностях могут вызвать серьезные сбои в работе генов, приводя, например, к раковым заболеваниям. На это указывают исследования, ориентированные на поиск связи между различными болезнями и ДНК-маркерами. Выявлено более двух тысяч различных замен одного нуклеотида на другой в некодирующей ДНК, приводящих к каким-то нарушениям в организме человека.
Как же мутации в некодирующей части генома вызывают столь серьезные заболевания? До недавнего времени ученые не располагали методами для ответа на этот вопрос. Сложность заключалась в том, что ДНК представляет собой единое целое, в котором отдельные участки могут находиться в тесной взаимосвязи. Однако сейчас молекулярные биологи обзавелись мощным инструментом — системой CRISPR-Cas9.
Напомним, CRISPR — это короткие повторяющиеся фрагменты ДНК у бактерий и архей, разделенные спейсерами — участками, отличающимися последовательностью нуклеотидов. Генетический аппарат клеток микроорганизмов позаимствовал спейсеры из чужеродных генетических элементов, принадлежащих вирусам или другим, патогенным бактериям. Фактически CRISPR — это иммунная система бактерии. Когда РНК, несущая в себе специфическую последовательность спейсера, связывается с соответствующим чужеродным генетическим элементом, тот разрушается белками Cas.
CRISPR-система может очень точно изменять геномы, вырезая из них отдельные последовательности. Ученые вносят в клетку специфический спейсер и гены, кодирующие Cas, с помощью специального носителя, именуемого вектором. Это небольшая молекула ДНК, существующая отдельно от хромосом, но также способная синтезировать РНК и соответствующие белки. Спейсер «узнает» необходимый участок, родной для клетки ДНК, и разрезает его. Так можно вносить точечные мутации, изменять отдельные фрагменты генов, генетических элементов и регуляторных последовательностей.
В новом исследовании ученые создали библиотеку CRISPR с многочисленными спейсерами, соответствующими определенным некодирующим участкам генома человека. Охватили область в 715 тысяч нуклеотидов, окружающую три различных гена. Туда вносились мутации, потенциально способные изменить регуляторную активность «мусорной» ДНК, что позволило бы выяснить ее функции. Гены, интересовавшие ученых, известны тем, что формируют лекарственную устойчивость рака кожи.
В 50-70 процентах всех случаев меланомы обнаруживается мутантная версия гена BRAF. Активность гена подавляет препарат вемурафениб, к которому почти у всех пациентов через несколько месяцев развивается невосприимчивость. Из-за выживших после воздействия лекарства клеток опухоль становится более агрессивной и быстро приводит к летальному исходу.
Чтобы выяснить, участвует ли в выработке устойчивости некодирующая ДНК, ученые построили РНК-последовательности (гидовую РНК, или sg-РНК), специфичные для участков окрестностей каждого из трех генов: 6682 sg-РНК для гена NF1 , 6934 sg-РНК NF2 и 4699 CUL3. Каждая sg-РНК содержала определенные спейсеры. В качестве вектора использовали дезактивированные ретровирусы, относящиеся к роду Lentivirus. Вирусы запустили в культуру раковых клеток и через семь дней отобрали получившие РНК-клетки, в которых Cas-белки внесли изменения в геном. После этого культуру клеток выращивали в среде с вемурафенибом в течение двух недель.
Если sg-РНК «находила» некодирующую последовательность ДНК, регулирующую активность связанного с ним гена, то белок Cas разрезал участок, нарушая правильную работу этого гена. Подобная мутация формирует устойчивость раковой клетки к действию вемурафениба. После обработки препаратом клеток меланомы с различными sg-РНК выживут только устойчивые мутанты. Если определить, что за sg-РНК в них находятся, можно понять, какие участки некодирующей ДНК участвуют в регуляции ракового гена.
Основная часть клеток вместе с sg-РНК внутри них была уничтожена лекарством. Однако исследователи нашли в выживших клетках небольшое число sg-РНК. Больше всего последовательностей приходилось на ген CUL3. Значит, в окрестностях CUL3 находилось довольно много регуляторных элементов. При этом большая часть элементов располагалась со стороны промотора — стартовой площадки, откуда начинается чтение гена для создания информационной РНК.
Регуляторные элементы могут влиять на активность гена, непосредственно взаимодействуя с его промотором. ДНК упакована в белки, что все вместе образует хроматин, который не является жесткой конструкцией и способен формировать петли. Таким образом отдаленные участки генома могут контактировать друг с другом. Кроме того, некодирующие участки ДНК, соединяясь с другими молекулами, способствуют более плотной упаковке хроматина, в результате чего гены перестают быть доступными для чтения или, наоборот, уменьшать его плотность. Обнаружилось, что в окрестностях CUL3 содержатся оба типа регуляторов.
Мутации в найденных регуляторных участках в окрестностях CUL3 провоцируют уменьшение активности гена и увеличение устойчивости клеток к вемурафенибу. В механизме, отвечающем за снижения активности, как показали ученые, задействуется ацетилирование гистонов — белков, важного компонента хроматина. Присоединение ацетильной группы к гистонам делает хроматин более открытым, а ген — доступным для фермента полимеразы, синтезирующего информационную ДНК. Однако измененный с помощью sg-РНК участок ДНК, отвечающий за ацетилирование, мешает активации гена. С помощью CRISPR-системы удалось также определить энхансеры, мутации в которых также снижают активность CUL3.
Результаты исследования продемонстрировали, что CRISPR-Cas9 — не только инструмент редактирования генома, но и мощный метод обнаружения регуляторных элементов в ДНК и выяснения их роли в развитии раковых заболеваний. В конце концов, прежде чем редактировать геном, нужно выяснить, что именно редактировать. Оказалось, что CRISPR система может и то, и другое.
Александр Еникеев
Комментирование разрешено только первые 24 часа.
8 +8−0 | ВамЗнать НеЗачем | 03:28:17 18/05/2016 |
Хорошая работа, адекватный пересказ. Спасибо. |
4 +4−0 | Джек Никелсонов | 09:15:39 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
+1 интересно Александр Еникеев это псевдоним, давно подметил его статьи. Из грубых ошибок заметил только "и та отправляется из ядра клетки в цитоплазму, в сторону рибосом — «заводов»". Очевидно что у эукариот рибосомы находятся не в цитоплазме, а в эндоплазме ядра в гранулярном эндоплазматическом ретикулуме. Ну и неплохо было бы давать прямую ссылку на первоисточник. Остальное очень даже неплохо. |
2 +2−0 | Собака Чжаочжоу | 22:26:40 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
>> Но не устаёшь удивляться величию Создателя, который всё это придумал и реализовал. Опять обкурился? |
2 +2−0 | Джек Никелсонов | 16:06:57 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
А может все проще? Где-то до конца не разобрались что там ищут ученые, где-то сами за ученых додумали. Так легенды и рождаются.) |
2 +2−0 | Ivan Ivanov | 13:43:56 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
может хватит пургу гнать? позоришься же. |
2 +2−0 | Джек Никелсонов | 12:29:58 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
То что эта часть "мусорная" выдвигалось в качестве гипотезы, то что это нелогично - признавали все. Просто в этом и отличие ученых от гуманитариев, в науке нельзя просто так заявить что это невозможно потому что нелогично. Ну и да, не нужно этого вот сарказма по поводу якобы тупых лучших ученых мира. Ну убого смотрится, ребята. Поверьте, это именно вы (и я в том числе) тупые на общем фоне, а не они. ;) |
1 +1−0 | Naum Incuming | 20:15:51 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Доказательства это весь ты. Злишься, не понимаешь о чём пишешь, оскорбл#ешь тех, кто умнее тебя. Доказательства чего тебе ещё нужны? |
1 +1−0 | Naum Incuming | 16:12:20 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Тупой, озлобленный, полуграмотный. В одном слове делаешь две ошибки. Не понимаешь вообще что такое наука и какие у неё направления. Я в 8-м классе и то больше тебя сейчас знал. |
1 +1−0 | Naum Incuming | 15:57:58 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
По всем признакам верующий, выходит |
1 +1−0 | Naum Incuming | 15:00:42 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
тоже верующий? |
1 +1−0 | Naum Incuming | 14:59:55 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Верующий же наверняка. У него "учёные" это такие заучки в белых халатах из низкопробной фантастики, которым без разницы что изобратетать - что вечный двигатель, что машину времени, что лекарство от рака |
1 +1−0 | Джек Никелсонов | 13:23:48 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Выглядит как попытка доказательства по аналогии. Данная точка зрения тоже имеет место быть, называется обскурантизм. |
1 +1−0 | Ruslan Super | 10:25:26 18/05/2016 |
научный фильм по теме в нём доктора наук раскрывают тайну "мусорной" ДНК |
1 +1−0 | Владислав Марков | 10:00:39 18/05/2016 |
Согласно тайным учениям древности из одного-единственного элемента в пустыне мироздания появилась когда-то целая Вселенная. Явления окружающего мира объясняются с помощью идей — более общих и абстрактных, нежели сами эти явления. В свою очередь, подобные идеи можно объяснить с помощью других более абстрактных идей, и так далее. Фундаментальная наука оперирует уже концептуальными моделями различных объектов, в той или иной степени отражающих свойства реального мира. Научное знание считается достоверным и объективным, если оно подтверждено множеством независимых исследований и экспериментов по данной теме. Достижения современной науки потрясают воображение: к настоящему моменту ученым многое известно об истории Вселенной, о силах изменяющих ее, о веществе, из которого создан человек, о происхождении живых существ и даже о механизмах самой жизни. Нас завораживает красота и элегантность законов природы, но только не стоит забывать о том, что наша жизнь полностью зависима от молекулы, которая содержит всю необходимую для синтеза веществ информацию и при этом однажды воспроизводит нечто подобное себе. Методы используемые в современных лабораториях и присутствующие в органической среде являют собой разительные параллели. Причудливые формы известных нам организмов, наделены помимо прочего и весьма ярко выраженным философским подтекстом, содержащим довольно-таки увлекательную информацию о сотворении и развитии жизни. Собственно эта история, полная фантастически захватывающих событий, еще не написана… |
0 +0−0 | Naum Incuming | 03:00:41 19/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Опять верующий. Учёные у него острыми предметами в молекулы тыкают, ага... Мёдом им тут что-ли намазано? |
0 +0−0 | Владислав Марков | 22:18:07 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
В бездействии мы не обрящем блаженства; Кто дела не начал, тот чужд совершенства. Махабхарата |
0 +0−0 | ВамЗнать НеЗачем | 20:30:21 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Вообще то про темную материю генома заговорили давно и во вполне уважаемых изданиях. У вас есть чего конкретного сказать или только эмоции? |
0 +0−0 | Юрий Пирогов | 18:08:23 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
Справедливости ради, надо отметить, что эндоплазматический ретикулум все таки относят к органеллам цитоплазмы, а эндоплазма - это прилегающая к ядру область цитоплазмы. |
0 +0−0 | Сергей Санин | 16:49:51 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
спасибо! |
0 +0−0 | Ivan Ivanov | 15:08:38 18/05/2016 | ||||||
| ||||||||
текст конечно заготовлен заранее, но это явно человек. он же на inosmi похоже был под ником VladTmb |