Výzkumníci vyvinuli novou platformu pro úpravu genomu, která umožňuje přesnou manipulaci s chromatinovými značkami, odhaluje jejich přímý dopad na genovou expresi a zpochybňuje předchozí pochopení mechanismů regulace genů.
Studie Hackettovy skupiny v EMBL Řím vedla k vývoji výkonné techniky úpravy genů, která otevírá možnost přesně programovat modifikace chromatinu.
Pochopení toho, jak jsou geny regulovány na molekulární úrovni, je hlavní výzvou v moderní biologii. Tento komplexní mechanismus je řízen především interakcí mezi proteiny nazývanými transkripční faktory, DNA Regulační oblasti a epigenetické modifikace – chemické změny, které mění strukturu chromatinu. Soubor epigenetických modifikací buněčného genomu se nazývá epigenom.
Pokroky v editaci epigenomu
Ve studii zveřejněné dnes (9. května) v Genetika přírodyVědci z Hackettovy skupiny v European Molecular Biology Laboratory (EMBL) v Římě vyvinuli modulární platformu pro úpravu genomu – systém pro programování epigenetických modifikací kdekoli v genomu. Systém umožňuje vědcům studovat vliv každé modifikace chromatinu na transkripci, mechanismus, kterým se geny přepisují do mRNA, aby katalyzovaly syntézu proteinů.
Předpokládá se, že modifikace chromatinu přispívají k regulaci klíčových biologických procesů, jako je růst, reakce na signály prostředí a nemoci.
Kreativní ilustrace Epigenetic Editing Toolkit: Každá budova představuje epigenetický stav jednoho genu (tmavá okna jsou tiché geny, světlá okna jsou aktivní geny). Páka demonstruje epigenetický editační systém, který umožňuje de novo ukládání chromatinových značek na libovolné místo genomu. Marzia Monafo
Abychom porozuměli účinkům specifických chromatinových značek na genovou regulaci, předchozí studie zmapovaly jejich distribuci v genomech zdravých a nemocných buněčných typů. Spojením těchto dat s analýzou genové exprese a známými účinky narušení specifických genů vědci přisoudili funkce těmto chromatinovým značkám.
Ukázalo se však, že je obtížné určit kauzální vztah mezi chromatinovými značkami a genovou regulací. Úkolem je rozebrat jednotlivé příspěvky mnoha komplexních faktorů, které se na takové regulaci podílejí – chromatinové značky, transkripční faktory a regulační sekvence DNA.
Průlom v technologii úpravy epigenomu
Vědci z Hackettovy skupiny vyvinuli modulární systém pro úpravu genomu, který přesně naprogramuje devět biologicky důležitých chromatinových značek do libovolné požadované oblasti genomu. Systém je založen na CRISPR – široce používané technologii úpravy genomu, která umožňuje výzkumníkům provádět úpravy na konkrétních místech DNA s vysokou přesností a přesností. Přesnost.
Takové jemné poruchy jim umožnily pečlivě rozebrat vztahy příčiny a následku mezi chromatinovými značkami a jejich biologickými účinky. Vědci také navrhli a použili „systém reportérů“, který jim umožnil měřit změny v genové expresi na úrovni jedné buňky a pochopit, jak změny v sekvenci DNA ovlivňují účinek každé značky chromatinu. Jejich výsledky odhalují kauzální roli souboru chromatinových značek důležitých v genové regulaci.
Klíčové poznatky a budoucí směry
Vědci například našli novou roli pro H3K4me3, chromatinovou značku, o níž se dříve myslelo, že je důsledkem transkripce. Poznamenali, že H3K4me3 může skutečně zvýšit transkripci sama o sobě, pokud je uměle přidána na specifická místa v DNA.
„Byl to velmi vzrušující a nečekaný výsledek, který byl v rozporu se všemi našimi očekáváními,“ řekla Christina Policarpi, postdoktorandka v Hackettově skupině a vedoucí vědecká pracovnice studie. „Naše data ukazují na složitou regulační síť, kde více řídících faktorů interaguje, aby modulovaly úrovně genové exprese v dané buňce, tyto faktory zahrnují již existující strukturu chromatinu, základní sekvenci DNA a umístění v genomu.
Potenciální aplikace a budoucí výzkum
Hackett a jeho kolegové v současné době zkoumají způsoby, jak tuto technologii využít prostřednictvím slibného startupového projektu. Dalším krokem bude potvrzení a rozšíření těchto závěrů zacílením genů napříč různými buněčnými typy a v širokém měřítku. Zbývá objasnit, jak chromatinové značky ovlivňují transkripci prostřednictvím genové diverzity a následných mechanismů.
„Naše modulární sada nástrojů pro epigenetické úpravy představuje nový experimentální přístup k rozboru vzájemných vztahů mezi genomem a epigenomem,“ řekl Jamie Hackett, vedoucí skupiny v EMBL Řím. „Systém by mohl být v budoucnu využit k přesnějšímu pochopení důležitosti epigenomických změn při ovlivňování genové aktivity během vývoje a lidských onemocnění. Na druhou stranu tato technologie také otevírá možnost programovat požadované úrovně genové exprese laditelný způsob. Toto je vzrušující cesta pro aplikace.“ Přesné zdravotní přínosy mohou být užitečné v případě nemoci.
Odkaz: „Editace genomu kmene zachycuje kontextově závislou instruktivní funkci modifikací chromatinu“ 9. května 2024, Přírodní genetika.
doi: 10.1038/s41588-024-01706-s
Přátelský webový obhájce. Odborník na popkulturu. Bacon ninja. Tvrdý twitterový učenec.
