Нова платформа за уређивање Епигенома омогућава прецизно програмирање епигенетских модификација

Студија Хацкетове групе у ЕМБЛ Риму довела је до развоја моћне технике за уређивање гена, која отвара могућност прецизног програмирања модификација хроматина.

Разумевање начина на који су гени регулисани на молекуларном нивоу је велики изазов у ​​савременој биологији. Овај сложени механизам је углавном вођен интеракцијом између протеина који се називају фактори транскрипције, ДНК Регулаторни региони и епигенетске модификације – хемијске промене које мењају структуру хроматина. Колекција епигенетских модификација генома ћелије се назива епигеном.

Напредак у уређивању епигенома

У студији објављеној данас (9. маја) у Природна генетикаНаучници из Хацкетове групе у Европској лабораторији за молекуларну биологију (ЕМБЛ) у Риму развили су модуларну платформу за уређивање генома – систем за програмирање епигенетских модификација било где у геному. Систем омогућава научницима да проучавају ефекат сваке модификације хроматина на транскрипцију, механизам којим се гени транскрибују у мРНК да би катализовали синтезу протеина.

Сматра се да модификације хроматина доприносе регулацији кључних биолошких процеса као што су раст, одговор на сигнале околине и болест.

Креативна илустрација Епигенетичког алата за уређивање: Свака зграда представља епигенетичко стање једног гена (тамни прозори су тихи гени, светли прозори су активни гени). Полуга показује епигенетски систем за уређивање који омогућава де ново депоновање хроматинских ознака на било ком геномском месту. Марзиа Монафо

Да би се разумели ефекти специфичних ознака хроматина на регулацију гена, претходне студије су мапирале њихову дистрибуцију у геномима здравих и болесних типова ћелија. Комбинујући ове податке са анализом експресије гена и познатим ефектима поремећаја специфичних гена, научници су приписали функције овим ознакама хроматина.

Међутим, показало се да је тешко одредити узрочну везу између ознака хроматина и регулације гена. Изазов је да се сецирају појединачни доприноси многих комплексних фактора укључених у такву регулацију – хроматинских ознака, фактора транскрипције и регулаторних ДНК секвенци.

Пробој у технологији уређивања епигенома

Научници из Хацкеттове групе развили су модуларни систем за уређивање генома како би прецизно програмирали девет биолошки важних хроматинских ознака у било који жељени регион генома. Систем је заснован на ЦРИСПР – широко коришћеној технологији за уређивање генома која омогућава истраживачима да изврше модификације на одређеним местима ДНК са високом прецизношћу и Прецизност.

Такве суптилне пертурбације омогућиле су им да пажљиво сецирају узрочно-последичне везе између ознака хроматина и њихових биолошких ефеката. Научници су такође дизајнирали и користили „систем репортера“, који им је омогућио да мере промене у експресији гена на нивоу једне ћелије и разумеју како промене у ДНК секвенци утичу на ефекат сваке марке хроматина. Њихови резултати откривају узрочне улоге скупа хроматинских ознака важних у регулацији гена.

Кључни налази и будући правци

На пример, истраживачи су пронашли нову улогу за Х3К4ме3, хроматинску ознаку за коју се раније сматрало да је последица транскрипције. Они су приметили да Х3К4ме3 може да повећа транскрипцију сам по себи ако се вештачки дода одређеним местима у ДНК.

„Ово је био веома узбудљив и неочекиван резултат који је био против свих наших очекивања“, рекла је Кристина Поликарпи, постдокторски истраживач у Хацкеттовој групи и водећи научник у студији. „Наши подаци указују на сложену регулаторну мрежу, где вишеструки управљачки фактори делују како би модулирали нивое експресије гена у датој ћелији. Ови фактори укључују већ постојећу структуру хроматина, основну секвенцу ДНК и локацију у геному.

Потенцијалне примене и будућа истраживања

Хацкетт и његове колеге тренутно истражују начине да искористе ову технологију кроз обећавајући стартуп пројекат. Следећи корак ће бити потврда и проширење ових закључака циљањем гена на различите типове ћелија и на широком нивоу. Остаје да се разјасни како ознаке хроматина утичу на транскрипцију путем диверзитета гена и низводних механизама.

„Наш модуларни комплет алата за епигенетско уређивање представља нови експериментални приступ сецирању међуодноса између генома и епигенома“, рекао је Џејми Хакет, вођа групе у ЕМБЛ Риму. „Систем би се у будућности могао користити за прецизније разумевање значаја епигеномских промена у утицају на активност гена током развоја и код људских болести. С друге стране, ова технологија такође отвара могућност програмирања жељених нивоа експресије гена подесив начин. Ово је узбудљива авенија за апликације.“ Тачне здравствене предности могу бити корисне у случајевима болести.

Референца: „Уређивање матичног генома обухвата инструктивну функцију модификација хроматина зависну од контекста“ 9. мај 2024. Природна генетика.
дои: 10.1038/с41588-024-01706-с