Исследователи разработали структурный подход к изучению ДНК
Учёные из Бостонского университета и Национальных институтов здоровья (NIH) создали новый метод для поиска функциональных областей в геноме человека, основанный на изучении трёхмерной структуры ДНК. Этот топографический подход дополняет традиционный анализ последовательности из четырёх букв-нуклеотидов (A, T, G, C).
В то время как последовательности, кодирующие белки (около 2% генома), хорошо изучены, о функциях остальных 98% (некодирующих участков) известно мало.
В исследовании, опубликованном в Science, команда сосредоточилась на поиске в некодирующих областях участков, которые могут играть ключевую роль в биологических функциях.
Для этого они разработали метод, который использует информацию о структуре ДНК для сравнения геномов человека и 36 видов млекопитающих, включая мышь, шимпанзе, слона и кролика.
Анализируя форму, изгибы и выступы молекулы ДНК, учёные обнаружили, что 12% генома человека, по-видимому, находятся под эволюционным ограничением. Это вдвое больше, чем 6%, выявленных при простом сравнении линейной последовательности нуклеотидов. Рост объясняется обнаружением последовательностей, которые различаются по порядку нуклеотидов, но имеют очень похожую трёхмерную форму и, вероятно, выполняют сходные функции.
Оказалось, что области, ограниченные с учётом топографии, коррелируют с функциональными некодирующими элементами лучше, чем области, выявленные только по последовательности.
«Рассматривая трёхмерную структуру ДНК, вы можете лучше объяснить биологию генома», — говорит Томас Таллиус, профессор химии Бостонского университета.
«Белки, которые связываются с ДНК, чтобы влиять на функцию, распознают не только последовательность оснований. Они также "видят" поверхность молекулы ДНК и ищут форму, которая обеспечивает подходящее соединение по принципу "ключ-замок"», — добавляет Эллиот Маргулис из NHGRI.
Исследователи также изучили, как небольшие генетические вариации — однонуклеотидные полиморфизмы (SNPs) — могут вызывать структурные изменения, ведущие к болезням. Проанализировав 734 некодирующих SNP, связанных с такими заболеваниями, как муковисцидоз, болезнь Альцгеймера и болезни сердца, они обнаружили, что болезнь-ассоциированные SNP вызывают более значительные изменения формы ДНК, чем SNP, не связанные с болезнями.
Новые выводы основаны на данных проекта ENCODE (ENCyclopedia of DNA Elements), организованного NHGRI, который показал, что геном человека — это сложная сеть генов, регуляторных элементов и других последовательностей, а не просто набор независимых генов.