Как "мусорная ДНК" управляет развитием клеток

Исследователи из программы генной и стволовой клеточной терапии Центенари Института в Сиднее подтвердили, что 97% человеческой ДНК, не кодирующей инструкции для создания белков, играет значительную роль в контроле развития клеток.

Учёные раскрыли ранее неизвестный механизм регуляции активности генов, что углубляет понимание развития клеток и открывает новые возможности для терапии.

Используя новейшие методы секвенирования генов и сложный компьютерный анализ, группа под руководством профессора Джона Раско показала, как определённые белые кровяные клетки используют некодирующую ДНК для регуляции активности группы генов, определяющих их форму и функцию. Работа опубликована в журнале Cell.

"Это открытие, затрагивающее то, что ранее называли "мусором", открывает новый уровень контроля экспрессии генов, который может играть роль в развитии многих других типов тканей", — говорит Раско. "Наши наблюдения были довольно неожиданными и открывают совершенно новые направления для потенциальных методов лечения различных заболеваний, включая рак и лейкемии".

Исследователи пришли к выводам, изучая интроны — некодирующие последовательности, расположенные внутри генов.

В процессе генерации белков из ДНК код для построения конкретного белка копируется в виде полоски генетического материала — матричной РНК (mRNA). Именно эта полоска mRNA переносит инструкции из ядра к рибосомам.

Однако эти полоски mRNA должны быть обработаны. Как правило, некодирующие интроны необходимо вырезать, чтобы получить конечную последовательность для функционального белка. Многие интроны также содержат короткую последовательность — стоп-кодон, — которая, если её оставить, полностью останавливает построение белка. Удержание интрона также может стимулировать клеточный механизм, разрушающий содержащую его mRNA.

Доктор Уильям Ричи разработал компьютерную программу для разделения полосок mRNA, удерживающих интроны, и тех, которые их не удерживают. Используя эту технику, ведущий молекулярный биолог команды доктор Джастин Вонг обнаружил, что полоски mRNA от многих десятков генов, вовлечённых в функцию белых кровяных клеток, были склонны к удержанию интрона и последующему разрушению. Это было связано с уровнями ферментов, необходимых для вырезания интрона. Если интрон не удалён, функциональные белковые продукты из этих генов никогда не производятся. Доктор Джефф Холст показал, как этот механизм работает в живом костном мозге.

Исследователи предлагают рассматривать удержание интрона как эффективное средство контроля активности многих генов.

"На самом деле, на разрушение полосок mRNA требуется меньше энергии, чем на контроль активности генов другими способами", — говорит Раско. "Это вполне может быть ранее упущенным из виду общим механизмом регуляции генов с последствиями для возникновения заболеваний и возможных методов лечения в будущем".