Решаем кусочки генетической головоломки

Решение частей генетической головоломки
                Круговой геном кишечной палочки. Наборы генов, или оперонов, которые не имеют нормативного понимания, показаны красным цветом. Хотя кишечная палочка является наиболее хорошо изученным организмом на планете, ученые не понимают регуляторных механизмов 67 процентов генов кишечной палочки. Предоставлено: любезно предоставлено лабораторией Филлипса.

Каждое живое существо на планете содержит ДНК, молекулярную последовательность, которая кодирует генетическую схему организма. Секвенирование генома может выявить вашу вероятность заболеть определенными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, и определить, есть ли у вас прямые или вьющиеся волосы или они могут чихать, когда солнечный свет попадает в ваши глаза. Но за всю эту информацию ученые понимают только функции небольшой части генома. Бактерия Escherichia coli (E. coli) широко считается наиболее хорошо изученным организмом на Земле, но, тем не менее, ученые не представляют, как регулируется более половины генов E. coli.
                                                                                       

Теперь недавнее исследование Caltech иллюстрирует новую технику, которая помогает взломать код некоторых загадочных областей ДНК, называемых некодирующими последовательностями ДНК. Многие мутации в этих плохо изученных областях были вовлечены в болезнь у организмов, таких как люди, поэтому понимание функции некодирующей ДНК имеет решающее значение.

Работа выполнена в лаборатории профессора биофизики, биологии и физики Фреда и Нэнси Моррис, Роба Филлипса. Документ с описанием исследования появится в Интернете 4 мая, перед публикацией в журнале Известия Национальной академии наук.

«У людей есть такое большое разнообразие клеток — мышечные клетки, нейроны, фоторецепторы, клетки крови и многие другие», — говорит Филлипс. «У них у всех одна и та же ДНК, так как же они у всех такие разные? Ответ заключается в том, что гены можно регулировать — включать или выключать, набирать и набирать — по-разному в разных тканях. До сих пор существует не было общих принципов, которые помогли бы нам понять, как закодировано это правило. «

Наиболее хорошо изученными частями генома являются так называемые кодирующие области — гены, которые кодируют продукцию белков, которые позволяют клетке функционировать.

Однако, более 50 процентов генов в E.coli имеют некодирующие области, функции которых остаются совершенно загадочными. Эти области ДНК содержат сайты, где белки, называемые факторами транскрипции, связываются и способны вызывать экспрессию других генов, повышая или понижая экспрессию, другими словами, некодирующие области содержат информацию о том, как геном сам себя регулирует.

В новой работе постдокторант Натан Белливо (PhD ’18) применил метод, называемый Sort-Seq, для мутирования небольших фрагментов некодирующих областей в E.coli и определения, какие области содержат сайты связывания. Сайты связывания — это места, где специализированные белки, которые участвуют в транскрипции — первый шаг в процессе экспрессии генов — присоединяются к ДНК.

Во-первых, исследователи вырезали потенциально интересные участки некодирующей ДНК, о которых они хотели узнать. К ним они прикрепили ДНК, кодирующую светящийся зеленый флуоресцентный белок (GFP). Затем каждый маленький сконструированный участок ДНК помещали в отдельную бактерию E. coli, заставляя ее продуцировать эти зеленые белки.

Когда Белливо случайно мутировал части неизвестных областей, он отмечал заметные изменения в количестве GFP, продуцируемого некоторыми бактериями, что указывает на то, что мутированная ДНК изменяет уровень экспрессии генов. Благодаря секвенированию ДНК исследователи смогли точно определить точное местоположение этих важных мутаций и использовать эту информацию для выявления новых сайтов связывания.

Филлипс приводит литературную аналогию: «Это как если бы я пролистал книгу, случайным образом взял 10 процентов букв в словах и изменил их. Если первая буква» ходьбы «изменится на T, то получится слово «говорить», тогда вы полностью измените значение слова — ваше понимание изменится. Мы хотели знать: какие части генома влияют на клеточное понимание больше всего? «

После изучения многих некодирующих областей для определения сайтов связывания команда стремилась сопоставить области с соответствующими белками, которые связываются там.

«Это было буквально похоже на нахождение иголки в стоге сена», — говорит Филлипс. «В E.coli содержится около 3 миллионов белков и, возможно, 10 копий определенного белка, который будет соответствовать данному сайту связывания. Это обнаруживает один белок в 300 000 белков».

Белливо разработал метод поиска иглы для пословиц: он взял кусок некодирующей ДНК, который содержал сайт связывания, вылил содержимое клетки E.coli поверх этой ДНК, а затем идентифицировал белок, который прилип к этому сайту. ,

«Эта работа является демонстрацией того, что мы можем использовать наш подход, чтобы перейти от ничего — полного невежества к реальному пониманию механизмов регулирования», — говорит Белливо. «Следующий шаг — попытаться увеличить это, чтобы позволить нам идти за всем геномом».

«Мы живем в эпоху генома», — говорит Филлипс. «Мы должны быть в состоянии понять, как, где и когда гены выключаются и включаются».

Статья озаглавлена ​​»Системный подход к анализу молекулярных механизмов регуляции транскрипции у бактерий»./p>

Похожие новости

Добавить комментарий

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