Чтобы понять, почему появляются лишние пальцы, ученые взялись за энхансеры

Наши геномы содержат инструкции для правильного роста и развития. Миллионы геномных переключателей, известных как энхансеры, контролируют расположение и время экспрессии генов, что, в свою очередь, обеспечивает производство правильных белков в нужных клетках в нужное время на протяжении всей нашей жизни.

Новое исследование, проведенное в лаборатории доцента Калифорнийского университета в Сан-Диего Эммы Фарли, показывает, что теперь мы можем предсказать, какие изменения одной пары оснований в ДНК нашего генома изменят эти инструкции и нарушат развитие, вызывая появление лишних пальцев и сердца.

Сейчас у ученых есть геномные последовательности более полумиллиона человек и даже больше. В этих геномах содержится ключ к пониманию того, как каждый из нас появился на свет, и перспектива получения точной медицины, учитывающей генетические особенности каждого человека. Однако ученые не могут воспользоваться всеми преимуществами этих наборов данных, поскольку не понимают поведение важнейшего аспекта генома: энхансеров, которые действуют как переключатели, контролирующие, когда и где наши гены экспрессируются в виде белков.

Большинство генетических вариантов или мутаций, вызывающих заболевания, находятся в этих усилителях. Главная задача состоит в том, чтобы определить, какие изменения последовательности в усилителях имеют значение, а какие нет. До сих пор выявление таких причинно-значимых вариантов усилителей было сродни поиску иголки в стоге сена.

Опубликовав статью в журнале Nature, сотрудники лаборатории Фарли решили эту проблему, добившись способности предсказывать, какие изменения в энхансерах вызовут изменения в экспрессии генов в тысячах энхансеров и типов клеток. Способность предсказывать причинные варианты энхансеров основывается на глубоком понимании того, как функционируют энхансеры. Исследователи показали, что энхансеры активируют экспрессию генов путем очень слабого связывания белков, известных как факторы транскрипции. Соблюдение этого правила гарантирует, что энхансеры активируют экспрессию генов, а значит, и производство белков, на нужном уровне, в нужном месте и в нужное время.

В лаборатории Фарли обнаружили, что однобуквенные изменения в нашем геноме, усиливающие взаимодействие энхансера с транскрипционным фактором, приводят к тому, что энхансеры неадекватно включают экспрессию генов и производят белки на неправильном уровне, в неправильное время и/или в неправильном месте. Таким образом, однобуквенные изменения в ДНК энхансеров в нашем геноме оказывают драматическое воздействие на генетические инструкции, что приводит к появлению лишних пальцев у мышей и людей.

Лаборатория Фарли выявила три человеческие семьи, в которых подобные мутации приводят к появлению лишних пальцев, и смогла предсказать, какие мутации приведут к появлению еще большего количества пальцев и более серьезных дефектов конечностей. Их способность предсказывать, какие варианты энхансеров изменят геномные инструкции, не ограничивается конечностями и распространяется на тысячи энхансеров в разных типах клеток и видах. В дополнительном исследовании, опубликованном в журнале Developmental Cell, лаборатория Фарли показала, что у морских животных, известных под названием «морские котики», однобуквенные изменения, усиливающие энхансеры сердца, приводят к развитию второго бьющегося сердца.

Определение вариантов энхансеров, которые изменяют инструкции по развитию, закодированные в геноме, является ключевым моментом для использования всего потенциала геномных данных для улучшения здоровья человека и достижения целей точной медицины. Исследуя тысячи энхансеров, сотрудники лаборатории Фарли обнаружили, что поиск изменений пар оснований ДНК, которые делают энхансеры сильнее, позволяет (до) семикратного увеличения их способности находить причинные варианты энхансеров.

Наше исследование иллюстрирует ключевую уязвимость наших геномов: изменения одной пары оснований, которые заставляют транскрипционные факторы связываться с энхансером даже немного сильнее, могут привести к дефектам развития, — говорит Фарли, преподаватель факультетов медицины (Школа медицины) и молекулярной биологии (Школа биологических наук).

Использование этих знаний позволит нам лучше предсказывать, какие варианты энхансеров лежат в основе заболеваний, чтобы использовать весь потенциал наших геномов для улучшения здоровья людей.

06.02.2024


Подписаться в Telegram



Здоровье

Белок из слюны пиявки используют для борьбы с тромбами
Белок из слюны пиявки используют для борьбы с тромбами

Изучили геном медицинской пиявки и подроб...

В УрФУ придумали новый метод получения антиоксидантов
В УрФУ придумали новый метод получения антиоксидантов

Новый способ получения биологически активных с...

В СибГМУ создали препарат для таргетной терапии рака
В СибГМУ создали препарат для таргетной терапии рака

В Сибирском государственном медицинском универ...

Journal of Controlled Release: С ПВА лечение рака обязательно склеится
Journal of Controlled Release: С ПВА лечение рака обязательно склеится

Исследователи обнаружили способ улучшить лечен...

CMAJ: Скрининг на рак легких помогает обнаружить проблемы с сердцем
CMAJ: Скрининг на рак легких помогает обнаружить проблемы с сердцем

Rомпьютерная томография грудной клетки может в...

Лигнин из овса избавляет организм от клеток с поврежденной ДНК
Лигнин из овса избавляет организм от клеток с поврежденной ДНК

Ученые провели эксперименты на мышах и&nb...

Ученые МФТИ придумали, как пропатчить сердце
Ученые МФТИ придумали, как пропатчить сердце

В лаборатории экспериментальной и клеточн...

The American Journal of Human Genetics: Бесплодие может быть вызвано мутацией
The American Journal of Human Genetics: Бесплодие может быть вызвано мутацией

Примерно каждая седьмая пара сталкивается с&nb...

Surfaces and Interfaces: Куркума и серебро на мембранах стерилизуют вирусы
Surfaces and Interfaces: Куркума и серебро на мембранах стерилизуют вирусы

Новый материал создала группа ученых из р...

FENDO: Препарат для лечения диабета улучшает кровообращение в почках
FENDO: Препарат для лечения диабета улучшает кровообращение в почках

Диабет второго типа может вызвать заболевание ...

Advanced Materials: Из крови создан биокооперативный материал для лечения травм
Advanced Materials: Из крови создан биокооперативный материал для лечения травм

Новый материал, который помогает восстанавлива...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Диета с клетчаткой может отсрочить развитие одного из видов рака крови
Диета с клетчаткой может отсрочить развитие одного из видов рака крови
Белок из слюны пиявки используют для борьбы с тромбами
Белок из слюны пиявки используют для борьбы с тромбами
Моллюски исследуют чистоту воды дешевле традиционных датчиков
Моллюски исследуют чистоту воды дешевле традиционных датчиков
Сельскохозяйственные угодья вблизи слияния рек смягчат последствия наводнений
Сельскохозяйственные угодья вблизи слияния рек смягчат последствия наводнений
Эксперимент с инфразвуковым тоном 17 Гц вызвал отвращение и страх
Эксперимент с инфразвуковым тоном 17 Гц вызвал отвращение и страх
Ученые выяснили, насколько большими могут быть сверхмассивные черные дыры
Ученые выяснили, насколько большими могут быть сверхмассивные черные дыры
В Институте биологии гена РАН исследовали мышей с двумя мутациями
В Институте биологии гена РАН исследовали мышей с двумя мутациями
Science: Имплантируемые датчики позволят непрерывно мониторить воспаление
Science: Имплантируемые датчики позволят непрерывно мониторить воспаление
ASS: Энергоплотность углерода из рисовой шелухи на 50% больше графита
ASS: Энергоплотность углерода из рисовой шелухи на 50% больше графита
JBusVent: Развивающие бизнес на средства близких не будут рисковать
JBusVent: Развивающие бизнес на средства близких не будут рисковать
В Турции найдена нефритовая цилиндрическая печать возрастом 4400 лет
В Турции найдена нефритовая цилиндрическая печать возрастом 4400 лет
Clinical Anatomy: Воссоздано лицо фараона Аменхотепа III, Великолепного
Clinical Anatomy: Воссоздано лицо фараона Аменхотепа III, Великолепного
В Корее нашли способ эффективного восстановления редкоземельных металлов
В Корее нашли способ эффективного восстановления редкоземельных металлов
В УрФУ придумали новый метод получения антиоксидантов
В УрФУ придумали новый метод получения антиоксидантов
Nature Chemical Engineering: Ученые реанимировали полимер для средств очистки
Nature Chemical Engineering: Ученые реанимировали полимер для средств очистки

Новости компаний, релизы

70% составляет готовность 18 корпусов общежитий нижегородского ИТ-кампуса
Наука во льдах и за партой: молодые ученые Поморья проводят для школьников и студентов необычные лекции
В МИФИ разработали критерии для рейтингования вузов в сфере устойчивого развития
«Это не просто студенческий городок». Как создают межвузовский кампус в городе Челябинске
Сервис «Лабинфо» представили в инициативе десятилетия науки и технологий