Исследования показывают, что регуляция генов может быть цифровой и стохастической

Исследования показывают, что генная регуляция может быть цифровой и стохастической
                Доктор Александар Милосавлевич. Кредит: Медицинский колледж Бейлор

Каждая клетка в нашем теле имеет одинаковый набор генов или генома и потенциально может стать клеткой любого типа. Во время развития эпигеном опосредует процесс, который приводит к тому, что клетка становится, например, клеткой кожи или нейроном. Если геном подобен компьютерному оборудованию, то эпигеном — это программное обеспечение, которое включает определенные гены, а другие выключает, чтобы создать клетку кожи, и включает или выключает другие гены, чтобы настроить клетку на путь становления нейроном.
                                                                                       

Эпигеном в значительной степени кодируется как набор специфических для клеточного типа химических модификаций ДНК, называемых метилированием ДНК. В этом исследовании, опубликованном в журнале Science, группа исследователей из проекта «Дорожная карта национальных институтов здравоохранения» по эпигеномике обнаружила, что метилирование ДНК, участвующее в регуляции генов, является в значительной степени цифровым и стохастическим, с материнскими и отцовскими копиями гены в каждой клетке включаются или выключаются определенную долю времени.

«Мы стремились лучше понять клеточный механизм регуляции генов, называемый зависимым от последовательности, аллель-специфическим метилированием или SD-ASM», — сказал соответствующий автор доктор Александр Милосавлевич, профессор молекулярной и человеческой генетики и со-директор Центр вычислительных и интеграционных биомедицинских исследований при медицинском колледже Бейлора. «Мы использовали метод, называемый бисульфитным секвенированием целого генома (WGBS), который позволил нам наблюдать генную регуляцию с разрешением одной молекулы на множестве типов клеток человека. Мы смогли определить эпигеномные различия в одном и том же гене у отцовского и материнского хромосомы в отдельных клетках. Мы могли видеть вещи, которые не могли видеть раньше. «

Используя этот подход с высоким разрешением, Милосавлевич и его коллеги обнаружили, что SD-ASM-опосредованная регуляция генов работает аналогично домашнему термостату, но имеет уникальные особенности. Термостат имеет заданную температуру, при которой кондиционер будет включаться. Машина переменного тока выключится, когда температура будет ниже заданного значения, например, 74 градуса. Процесс цифровой, что означает, что машина переменного тока либо включена, либо выключена, промежуточных уровней активности нет. Исследователи обнаружили, что, как и домашний термостат, этот механизм регуляции генов также является цифровым; он включает или выключает ген на долю времени, и промежуточные уровни активности отсутствуют.

«Мы также обнаружили, что этот процесс регуляции генов является стохастическим», — сказал Милосавлевич, который также является членом Центра комплексного лечения рака им. Дэна Л. Дункана, компании Baylor. «Возвращаясь к аналогии с термостатом, в обычном термостате вероятность включения переменного тока, когда температура достигает заданного значения в 74 градуса, составляет 100 процентов. В стохастическом термостате, с другой стороны, вероятность поворота машины переменного тока увеличивается, когда температура достигает 74 градусов, но не достигает 100 процентов после достижения температуры. Существует вероятность того, что переменный ток не включится при 74 градусах, но вероятность включения переменного тока выше при повышении температуры. . «

В случае механизма регуляции генов конкретные генетические варианты, которые контролируют отцовские и материнские гены, могут представлять разные «заданные значения температуры» в аналогии с термостатами, вызывая различия в степени экспрессии материнских и отцовских генов в каждой клетке человека. .

«Например, для определенного гена в нейроне генетический» термостат «матери может быть установлен на» включение гена на 73 градуса «, а отцовского на 74 градуса. Это означает, что отцовские и материнские гены по-разному включены, и это создает дисбаланс между двумя копиями этого гена «, сказал Милосавлевич. «Мы обнаружили, что от 5 до 8 процентов эпигенома демонстрируют этот тип дисбаланса».

Последствия этих результатов распространяются на ряд биомедицинских областей.

«Например, наши результаты могут добавить еще один уровень сложности, который до сих пор не учитывался при некоторых сложных человеческих заболеваниях. Если мы добавим этот уровень сложности, мы сможем лучше понять, насколько чувствительны к дозе гены может способствовать заболеваниям человека, с которыми до сих пор тяжело бороться, таким как психоневрологические расстройства «, — сказал Милосавлевич. «Эта работа призвана дать представление о новом важном слое биологической сложности и, мы надеемся, создаст основу для последующих исследований конкретных заболеваний».

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *