Gene ножницы без ножниц могут еще больше
Новый вариант CRISPR прослеживает малоизвестные пути трехмерной регуляции генов в ядре клетки и, прежде всего, раскрывает несколько новых тайн.
Всякий, кто не знаком, поначалу увидит в геноме ядер наших клеток немногим больше, чем безнадежно запутанный клубок - неудивительно, ведь нити ДНК-спагетти длиной около трех метров закручены здесь, в очень маленькое пространство. Тем не менее, гены, конечно же, всегда должны работать и быть прочитанными, поэтому кажущийся хаотичным клубок геномов на самом деле высокоорганизован. Однако исследователи лишь медленно открывают тайны хромосомного порядка - прежде всего, трудно учесть все три измерения, в которых может двигаться генетический материал, всегда активно и динамично упакованный и распакованный в живой клетке. Адаптированный вариант последнего любимого инструмента всех молекулярных биологов может помочь с пониманием в будущем: CRISPR-GO, инструмент, возможные варианты использования которого представлены группой биотехнологов в специализированном журнале «Cell».
Версия «GO» (сокращение от «организация генома») генных ножниц оптимизирована для пространственного перемещения определенных участков молекул ДНК из одной части клеточного ядра в другую, описывают исследователи. Такие перемещения иногда значительно изменяют частоту считывания - при этом ничего не перезаписывается в генах или самих их активационных последовательностях. В течение некоторого времени исследователи подозревали, что клеточное ядро использует такие пространственные перемещения участков генетического материала для регуляции активности генов. Используя CRISPR-GO, Хайфэн Ван из Стэнфордского университета и его коллеги теперь использовали некоторые участки хромосом в качестве примера и смогли успешно перепрограммировать их контролируемым образом путем пространственного изменения структуры.
Для этой цели исследователи сначала обучили функцию генных ножниц с помощью используемого инструмента CRISPR-GO: прежде всего, он использует способность нацеливаться на определенные участки ДНК через участки генов, указанные в направляющих последовательностях CRISPR, зафиксируй там. Существует также своего рода якорь, прикрепленный к ферменту, который может быть активирован переключателем - растительный гормон абсцизовая кислота. На якоре есть определенные белки, которые указывают, куда тянется прикрепленная петля ДНК: они связываются с другими белками, которые находятся только в целевых областях клеточного ядра. Для своих экспериментов исследователи направили теломеры, то есть концы хромосом, в определенные «тельца Кахаля». Эти тельца представляют собой субобласти клеточного ядра, которые четко очерчены, но не разделены мембраной. Об их функциях на сегодняшний день известно немного: они содержат массы коротких участков мяРНК, которые участвуют в ремоделировании других молекул РНК и РНК. компоненты ДНК-упаковывающих белков, гистоны, участвуют и, таким образом, возможно, помогают регулировать активность генов. Кроме того, тельца Кахаля, по-видимому, участвуют в работе по обслуживанию теломер.
Последнее теперь подтверждено в экспериментах CRISPR-GO: когда исследователи вытягивали теломеры из одной области клетки, вся клетка значительно замедляла свой рост; если вместо этого они перемещали теломеры в определенные тела кахала, клетка в целом нажимала на педаль газа. Теломеры хромосом уже давно связаны со старением, продолжительностью жизни и такими заболеваниями, как рак, и их пространственное положение в ядре клетки, по-видимому, является одним из решающих факторов, констатируют исследователи. Активность других генов также изменялась в их экспериментах в зависимости от адреса якоря CRISPR-GO - например, когда области генов транспортируются в определенные области клеточного ядра, такие как ядра клеток промиелоцитарного лейкоза, в которых также очень специфические регуляторные процессы. происходить более интенсивно. Все эти процессы и, прежде всего, механизмы контроля, стоящие за ними, до сих пор в значительной степени не изучены. Однако исследователи надеются, что такие инструменты, как CRISPR-GO, позволят лучше изучить их в будущем.