Ученые из Института биологии гена Российской академии наук совместно с зарубежными коллегами сделали важное открытие в мозге плодовой мушки (дрозофилы). Им удалось идентифицировать ранее неизвестный белок, получивший название Vostok. Этот белок играет важную роль в пространственной организации молекулы ДНК внутри нейронов и, возможно, станет новым инструментом для терапии наследственных заболеваний нервной системы.
Как сообщается в пресс-релизе Российского научного фонда (РНФ), обнаруженный белок обладает способностью связываться с определенными участками ДНК, формируя на ней структуры, напоминающие петли. Эти петли необходимы для корректного функционирования генов, особенно тех, что контролируют развитие нервной системы.
Специалисты фонда уточнили, что в клеточных ядрах ДНК имеет сложную пространственную укладку, которая напрямую влияет на активность различных генов. Однако механизмы контроля образования этих ДНК-петель, позволяющих регуляторным белкам взаимодействовать с нужными генами и изменять их активность, оставались недостаточно изученными.
Используя современные методы компьютерного анализа, исследователи из Института биологии гена РАН (Москва) и Принстонского университета (США) выявили в геноме нейронов дрозофилы специфическую короткую повторяющуюся последовательность ДНК. Было установлено, что именно с этой последовательностью связывается открытый ими новый белок.
Поскольку схематическое изображение петель ДНК напоминает дугу траектории полета ракеты, исследователи дали новому белку название Vostok – в честь первого космического корабля с человеком на борту.
Для изучения функций белка Vostok ученые использовали технологию редактирования генов CRISPR-Cas9. Они создали мутантные личинки дрозофилы, у которых ген Vostok был искусственно отключен. Анализ ДНК этих личинок показал значительное уменьшение количества ДНК-петель – примерно на семь процентов.
«Наше исследование убедительно показывает, что трехмерная структура ДНК жестко контролируется специальными белками, связывающимися с ДНК, и Vostok является одним из таких белков», — прокомментировал результаты Максим Ерохин, руководитель группы биологии хроматина в Институте биологии гена РАН.
По мнению Максима Ерохина, более глубокое понимание механизмов формирования ДНК-петель открывает широкие перспективы для развития методов генной терапии. Управляя этим процессом, ученые смогут в будущем разрабатывать подходы для коррекции работы генов, ответственных за наследственные заболевания нервной системы.
«Поскольку отключение генов Vostok и GAF приводит к потере лишь около 15 процентов ДНК-петель, очевидно, что в геноме дрозофилы должны существовать и другие белки с аналогичными функциями. Выявление этих белков – одна из наших ближайших исследовательских задач», — добавила Дарья Четверина, руководитель группы эпигенетики Института биологии гена РАН.
В дальнейшем исследователи также планируют изучить возможность целенаправленного создания ДНК-петель в клетках человека, используя наработанный белок Vostok. Результаты этой работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в научном журнале Molecular Cell.
