Наследственные заболевания, а также рак и сердечно-сосудистые заболевания могут быть связаны с явлением, известным как геномный импринтинг, при котором активен только ген, унаследованный по материнской или отцовской линии. Международная исследовательская группа с участием ученых из Мюнхенского технического университета (TUM), Института молекулярной генетики Макса Планка (MPIMG) в Берлине и Гарвардского университета в Кембридже (США) в настоящее время изучает механизмы, ответственные за деактивацию генов.
Наши клетки содержат всю генетическую информацию от нашей матери и нашего отца. От каждого из них мы наследуем 23 хромосомы, которые содержат нашу ДНК. Таким образом, в нашем геноме присутствуют две копии каждого гена, и, как правило, обе активны. Это имеет то преимущество, что дефектные мутации, унаследованные от матери или отца, обычно нейтрализуются другой копией гена.
Однако примерно для одного процента наших генов активен только ген, унаследованный от отца или матери, а другой деактивирован — явление, известное как геномный импринтинг.
Подход к лечению заболеваний
«Многие генетические и эпигенетические заболевания связаны с геномным импринтингом, такие как синдром Беквита-Видеманна, синдром Ангельмана и синдром Прадера-Вилли», — объясняет д-р Даниэль Андергассен, руководитель независимой группы младших исследований в Институте фармакологии и токсикологии в ТУМ. «Если бы здоровый деактивированный ген можно было повторно активировать, теоретически было бы возможно компенсировать осложнения, вызванные активным дефектным геном».
«Но прежде чем разрабатывать будущие методы лечения, нам нужно понять основы», — говорит профессор Александр Мейснер, директор MPIMG. «В последние годы стало ясно, что геномный импринтинг опосредуется несколькими молекулярными механизмами».
Чтение замка для гена
При геномном импринтинге химически модифицируется либо «упаковка» генетического материала, либо сама ДНК. Вместо изменения генетической информации модификации блокируют чтение гена.
«Это так называемые эпигенетические механизмы», — говорит Андергассен. «ДНК можно рассматривать как аппаратное обеспечение, а эпигенетику — как программное обеспечение, отвечающее за регулирование генов». Генетическая регуляция происходит в каждой клетке организма. Все клетки содержат одинаковую генетическую информацию , но в зависимости от органа активны разные гены.
Генетические ножницы удаляют «выключатель»
Мейснер и Андергассен, которые в начале исследования все еще проводили исследования в Гарвардском университете (США) вместе с доктором Закари Смитом, использовали мышей для изучения того, какие эпигенетические механизмы стоят за импринтингом.
Они использовали метод молекулярной биологии, известный как CRISPR-Cas9, который действует как «генетические ножницы», удаляя и вставляя сегменты ДНК. Ученые удалили известные эпигенетические «выключатели» и наблюдали, активировался ли деактивированный ген. С помощью этого подхода они смогли связать наиболее важные эпигенетические «выключатели» с импринтированными генами.
Молекулы углеводородов делают гены неактивными
Оказывается, большая часть генов инактивируется посредством метилирования ДНК, прикрепляющего молекулы углеводородов к генетическому материалу. Другая группа генов подавляется набором ферментов, известных как Polycombs. В плаценте вступает в действие дополнительный механизм : в этой ткани некоторые гены дезактивируются путем химической модификации белков, которые служат структурным каркасом для ДНК.
