5-Метилцитозин (5mC) — одна из ключевых эпигенетических меток у млекопитающих. Она появляется, когда фермент ДНК-метилтрансфераза (DNMT) присоединяет метильную группу к пятому атому углерода в цитозине. Этот процесс называют метилированием ДНК, а 5mC часто называют «пятым основанием» — настолько он важен. Он регулирует работу генов, влияет на развитие эмбриона, отключает одну из Х-хромосом у женщин и контролирует геномный импринтинг. Чтобы понять, как эти механизмы работают, ученые составляют подробные карты метилирования.

Ранее ученые обнаружили, что у амебы Naegleria gruberi есть белок nTET, который окисляет 5mC эффективнее, чем его аналоги у млекопитающих. А в новом исследовании модифицировали фермент A3A, создав его мутантную версию — A3Am. Она умеет превращать цитозин и 5mC в урацил, но игнорирует их производные — 5hmC, 5fC и 5caC.

Результаты опубликованы в издании Science China Life Sciences.

На основе этих двух инструментов исследователи разработали метод NTD-seq.

Вот как он работает:

• nTET окисляет 5mC, превращая его в 5moC.
• A3Am дезаминирует цитозин в урацил (который при секвенировании читается как тимин), но не трогает 5moC.
  В итоге на карте метилирования цитозин, который остался цитозином, — это и есть бывший 5mC.

Метод проверили на клетках HEK293T и получили карту метилирования с точностью, сопоставимой с традиционным бисульфитным секвенированием (BS-seq). Теперь у ученых есть способ изучать 5mC без использования токсичного бисульфита — быстро, точно и без лишних сложностей.

Эпигенетические модификации — это химические изменения ДНК или белков, с которыми она связана, не затрагивающие саму последовательность генов. Они влияют на активность генов, как выключатели света: не ломают лампу, но решают, гореть ей или нет.

Метод NTD-seq может ускорить исследования в онкологии, нейробиологии и репродуктивной медицине. Например:

• Ранняя диагностика рака — изменения в метилировании часто появляются до клинических симптомов.
• Изучение старения — с возрастом паттерны метилирования меняются, и теперь их можно анализировать точнее.
• Эпигенетическая терапия — если понять, как «включаются» и „выключаются“ гены, можно разработать лекарства, исправляющие эти ошибки.

Авторы исследования не проверили, как NTD-seq работает на тканях с низким уровнем метилирования (например, в эмбриональных стволовых клетках). Если метод окажется недостаточно чувствительным, его применение будет ограничено.

Ранее мы разбирались в том, что такое эпигенетическое программирование.