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

eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови
eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови

Одни из самых смертоносных бактерий в&nbs...

New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз

По данным нового крупного исследования, провед...

JAMA: Скрининг PSA незначительно влияет на смертность от рака простаты
JAMA: Скрининг PSA незначительно влияет на смертность от рака простаты

Крупнейшее на сегодняшний день исследован...

Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо

Используя современные методы тканевой инженери...

Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека

Чуткие носы собак способны распознать ранние п...

Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома
Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома

Новое исследование показывает, что люди с...

Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста

Мигрирующие нейроны обладают конусом роста, ко...

Cell: Открыта новая роль нейтрофилов в борьбе с раком
Cell: Открыта новая роль нейтрофилов в борьбе с раком

В исследовании, опубликованном в журнале ...

IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни

Портативное роботизированное устройство, котор...

NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний

Новое исследование, проведенное группой ученых...

Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Основываясь на десятилетних наблюдениях з...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса