Химическая модификация субъединиц ДНК способствует регуляции экспрессии генов

  • 06 декабря, 2017
    0 Comments

    В многоклеточных организмах каждая клетка содержит полный набор генетической информации, характерной для конкретного вида. Однако в любой данной клетке фактически выражается только подмножество этой всеобъемлющей библиотеки генов, и эта селективность порождает разнообразные типы клеток с определенными функциями. На уровне самой ДНК простые химические модификации ее субъединиц могут определять, какие гены активны, а какие "отключены". Но регуляция генов также должна быть гибкой, что требует обратимости активации и инактивации генов. Следовательно, это означает, что также возможно управлять такими модификациями ДНК. Исследователи LMU (Ludwig-Maximilians-Universitaet) под руководством профессора Томаса Карелла описали новый механизм реактивации генов, который, в отличие от других известных путей, не приводит к образованию потенциально вредных промежуточных продуктов. Новые результаты появляются в журнале Nature Chemical Biology.

    Метилирование одного из четырех основных строительных блоков, цитидина, играет важную роль в регуляции активности генов. Присоединение метильной группы (СН3) к неметилированному цитидину превращает его в 5-метилцитидин, который, как известно, блокирует активность гена. «Это ставит вопрос о том, как клетка может отменить эту инактивирующую модификацию, чтобы восстановить ген до его предыдущего состояния», - говорит Карелл. Чтобы реактивировать метилированный ген, метильную группу необходимо удалить. До сих пор предполагалось, что метилированный цитидин должен быть вырезан из ДНК и заменен неметилированной формой основания. Это, однако, представляет собой рискованный процесс, поскольку он требует обрезания одной или даже обеих нитей ДНК - и, если только не будет незамедлительно восстановлено наивное состояние, разрывы ДНК могут иметь серьезные последствия для клетки.

    «Мы показали в эмбриональных стволовых клетках мыши, что существует еще один способ деметилирования, который позволяет избежать любого нарушения непрерывности нити ДНК», - говорит Карелл. В этом пути присоединенная метильная группа ферментативно окисляется с образованием 5-формилцитидина, которую команда Карелла впервые обнаружила в стволовых клетках мыши в 2011 году. Теперь они использовали стабильные изотопы для маркировки 5-формилцитидина в стволовых клетках и показали, что это быстро превращенный неметилированный цитидин. «Таким образом, этот механизм позволяет клеткам регулировать активность генов на уровне ДНК, не подвергая риску, что ДНК может быть повреждена в процессе», - объясняет Карелл. Авторы нового исследования считают, что этот путь может также представлять медицинский интерес, поскольку он может обеспечить способ перепрограммировать стволовые клетки целенаправленным образом. Такой метод, в свою очередь, откроет новые перспективы в регенеративной медицине.

    Подробнее: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/12/171201122925.htm

  • Экспертная колонка

    27 марта 2017

    Термин «стволовые клетки» придумал русский ученый А.А. Максимов еще в начале прошлого века, исследуя процесс кроветворения, затем А.Я. Фриденштейн доказал наличие других, не только кроветворных стволовых клеток. С тех пор мировая наука существенно продвинулась в изучении этого вопроса.

    Сегодня известно, что стволовые клетки являются основой самоподдержания и обновления организма человека. Установлено, что они входят в состав не только костного мозга, но и соматических и висцеральных тканей нашего организма. С различной степенью регулярности эти клетки обновляются, тем самым поддерживая здоровье человека на должном уровне.

    Некоторые клетки организма обновляются раз в две недели, а другие – раз в год, третьи – не обновляются совсем (например, нейроны), однако возраст и болезни уменьшают их количество. Таким образом, резерв стволовых клеток, «перезагружающих» и «ремонтирующих» наш организм истощается. Стало очевидно, что нужно повышать их потенциал, для чего можно, например, изымать стволовые клетки из организма, приумножать их в сотни, тысячи раз и вводить обратно. Кроме того, ученые с помощью стволовых клеток научились выращивать ткани и некоторые органы.

    Однако академик считает, что это не решит проблемы, потому что благодаря развитию медицины продолжительность жизни человека растет с каждым годом. Это может приводить к тому, что будет появляться все больше пациентов, которые будут нуждаться в органах для трансплантации: сердце, почках, печени, легких.

    Решение проблемы и логичное развитие регенеративной медицины он видит не в том, чтобы искусственно вырастить орган и подсадить его человеку (своего рода «паллиативное решение проблемы»), но научиться контролировать обновление клеток и программировать эту регенерацию внутри человеческого организма.

  • Видео недели

    Ученые из клиники Майо решили изучить влияние микрогравитации на рост и биологические свойства стволовых клеток, для чего в ближайшее время будет подготовлен эксперимент по культивирования стволовых клеток человека на МКС. Спицалисты считают, что микрогравитация и невесомость могут не просто менять регенеративный потенциал стволовых клеток, но и стать новым способом более эффективного культивирования и найти свое применение в тканевой инженерии.

  • Twitter лента