Журнал Science опубликовал исследование биологов из Университета Эмори, показывающее, что процесс, известный как гемиметилирование, играет определенную роль в зацикливании ДНК. Исследователи также продемонстрировали, что гемиметилирование поддерживается намеренно, а не из-за случайных ошибок, как считалось ранее, и передается из поколения в поколение.
«Чтобы белок под названием CTCF образовывал петли в ДНК, мы обнаружили, что рядом с ним должна быть гемиметилированная ДНК», — говорит биолог из Эмори Виктор Корсес, чья лаборатория проводила исследование. "Никто раньше не видел, чтобы гемиметилированная ДНК выполняет функцию."
Хроматин состоит из CTCF и других белков, а также ДНК и РНК. Одна из функций хроматина — складывать и упаковывать ДНК в более компактные формы. Все больше данных свидетельствует о том, что этот процесс сворачивания важен не только для размещения ДНК в ядре клетки — он также играет роль в том, нормально ли экспрессируются гены или работают со сбоями.
Лаборатория Корсеса специализируется на эпигенетике: изучении наследственных изменений функции генов, включая сворачивание хроматина, которые не связаны с изменениями последовательности ДНК.
Например, метилирование ДНК может изменять активность ДНК, добавляя метильные группы к обеим цепям двойной спирали в местах расположения определенных пар оснований. Этот процесс можно обратить вспять путем деметилирования.
Когда клетки делятся, они копируют свою ДНК.
Для этого им нужно распутать две нити ДНК и разделить их. Затем каждая родительская нить воспроизводит дочернюю нить.
«Когда клетки делятся, важно, чтобы они сохраняли одинаковое метилирование для обеих цепей», — говорит Корсес, отмечая, что измененные модели метилирования связаны с раком и другими заболеваниями.
Гемиметилирование включает добавление метильной группы к одной цепи спирали ДНК, но не к другой.
Некоторые исследователи, наблюдающие за гемиметилированием, предположили, что они улавливали его сразу после деления клетки, прежде чем клетка успела полностью реплицироваться с образованием дочерней цепи. Другая теория заключалась в том, что гемиметилирование было результатом случайных ошибок в процессе метилирования.
Чэньхуань Сюй, научный сотрудник лаборатории Корсеса, разработал новые экспериментальные методы картирования метиломов ДНК для проведения исследования для научной статьи. Эти методы позволили исследователям наблюдать гемиметилирование ДНК в клетках человека в режиме реального времени до, во время и после деления клеток.
Они также нанесли на карту это, поскольку клетки продолжали реплицироваться.
«Если родительская ДНК была гемиметилирована, дочерняя ДНК также была гемиметилирована в том же месте генома», — говорит Корсес. "Этот процесс не является случайным и поддерживается от одного поколения клеток к следующему в течение нескольких недель."
Исследователи обнаружили, что гемиметляция происходит только рядом с сайтами связывания CTCF — основного белка, участвующего в организации ДНК в петли. «Если бы мы избавились от гемиметляции, CTCF не делала петель», — говорит Корсес. "Каким-то образом гемиметилирование позволяет CTCF создавать петли."
И когда CTCF создает петлю, он делает это, связываясь впереди, продвигаясь вперед по последовательности ДНК, как они наблюдали.
«Исследования показывают, что некоторые нарушения связаны со связыванием CTCF — либо мутации в самом белке, либо с последовательностью ДНК, в которой белок связывается», — говорит Корсес. "Это возвращает нас к истории о том, насколько важны эти петли для трехмерной организации хроматина и как эта организация влияет на экспрессию генов."