Генетики всегда считали, что работа генов похожа на регулировку света диммером: активность гена плавно меняется в зависимости от потребностей клетки.

Но ученые из Университета Буффало обнаружили, что почти 500 генов ведут себя иначе — как обычный выключатель. Они либо полностью включены, либо полностью вылечены.

Результаты опубликованы в издании Nature.

Исследователи проанализировали данные 900 человек и 27 типов тканей, чтобы выявить эти «переключающиеся» гены.

Оказалось, что их активность зависит от гормонов, генетических вариаций и эпигенетических меток — химических отметок на ДНК, которые влияют на работу генов без изменения самого кода.

Эпигенетические метки — это химические «отметины» на ДНК, которые влияют на активность генов, не меняя саму последовательность. Представьте, что ген — это рецепт в поваренной книге, а эпигенетическая метка — закладка, которая решает, будет ли этот рецепт использоваться.

Мы все разные, и теперь у нас есть новые подсказки, почему так происходит, — говорит Омер Гокджумен, один из авторов исследования.

Некоторые из этих генов связаны с болезнями: бесплодием, слабым иммунным ответом на COVID-19 и вагинальной атрофией — распространенной проблемой у женщин после менопаузы.

Если научиться управлять этими генетическими переключателями, можно будет точнее диагностировать и лечить заболевания, — объясняет Гокджумен.

Изначально ученые искали не это. Студенты-математики анализировали данные, чтобы понять, как разные органы связаны между собой, но неожиданно наткнулись на гены с бимодальным распределением — у них было только два состояния: «вкл» и „выкл“.

Большинство таких генов работают как переключатели только в одном типе ткани. Лишь немногие действуют так во всем организме. Ученые предполагают, что за тканеспецифичные переключения отвечают гормоны, а за универсальные — сама ДНК.

Обычно на активность гена влияет множество мелких факторов, как в случае с диммером, — говорит Альбер Акиль, ведущий автор исследования. — Но здесь все иначе: один или два мощных фактора резко включают или выключают ген.

Этот прорыв может привести к персонализированной медицине. Если врачи смогут определять, в каком положении ( «вкл» или „выкл“) находятся ключевые гены у пациента, можно будет точнее подбирать лечение. Например, при вагинальной атрофии можно будет не просто снимать симптомы, а воздействовать на сам генетический переключатель. Также это может помочь в борьбе с аутоиммунными заболеваниями и бесплодием.

Исследование охватило только 27 типов тканей, а в организме их больше 200. Возможно, среди неучтенных тканей есть и другие важные «переключатели». Кроме того, пока не ясно, как именно управлять этими генами — просто знать об их существовании недостаточно.

Ранее российские ученые впервые получили кролика с отключенным геном миостатина.