Исследование опубликовано на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences. Инструменты представляют собой полиамиды, сконструированные ДНК-связывающие молекулы, которые являются важным компонентом искусственных факторов транскрипции. Факторы транскрипции — как естественные, так и искусственные — определяют, какие гены транслируются в белки внутри клеток.«Мы знаем, что факторы транскрипции связываются с определенными участками генома, и, когда они пропускают осечку, они вызывают множество заболеваний, включая рак», — объясняет ведущий автор исследования Грэм Эрвин, бывший аспирант лаборатории Асима Ансари, профессора кафедры естественных наук.
Биохимия и Центр генома штата Висконсин. «Используя идеи, полученные в результате этого исследования, мы надеемся разработать полиамиды, которые могут связываться с этими же сайтами и преодолевать факторы, вызывающие рак, помогая подавить этот ген».Факторы транскрипции работают, связываясь с определенным геном и затем задействуя клеточный аппарат, необходимый для его чтения и производства желаемого белка, или они могут остановить создание белка.Хотя полиамиды уже были разработаны для прикрепления к определенным областям генома человека и включения или выключения соответствующих генов, новое исследование отвечает на давние вопросы о том, где конкретные полиамиды связываются и в конечном итоге функционируют в клетке.
«Наш главный вопрос заключался в том, где эти молекулы проходят через геном?» — говорит Эрвин, который сейчас работает постдокторантом в Стэнфордском университете. «Благодаря этому исследованию у нас есть совершенно новое понимание того, как они читают геном».Используя метод под названием COSMIC (сшивание малых молекул для выделения хроматина), исследователи смогли создать полиамиды, которые связывались бы с ДНК в эмбриональных стволовых клетках человека. Затем, используя активируемую светом «ручку», ученые могли искать место, где полиамид был связан с геномом.
Это позволило им построить атлас специфических сайтов связывания в контексте целых клеток.К своему удивлению, исследователи узнали, что некоторые полиамиды могут связываться с ДНК, ранее считавшейся недоступной.
Каждый геном человека длиной почти пять футов должен быть хорошо упакован, чтобы поместиться в крошечный объем ядра клетки. Чтобы выполнить эту экстраординарную задачу, клетки плотно связывают большую часть ДНК, в которой нет необходимости.
В любой момент времени более двух третей ДНК в человеческих стволовых клетках, которые использовали исследователи, упаковано таким образом.Исследовательская группа обнаружила, что некоторые полиамиды связаны с этой запрещенной ДНК. Исследователи полагают, что хотя ДНК недоступна для большинства факторов транскрипции, полиамиды могут быть достаточно малы, чтобы добраться до нее.«Возможность нацеливаться на конкретный сайт в геноме имеет важное значение для следующего поколения рационально разработанных методов лечения, и уроки, которые мы извлекли, изменили способ создания молекул для нацеливания на отдельные геномы», — говорит Ансари.
В параллельном исследовании, опубликованном 4 ноября в журнале Angewandte Chemie, Ансари сотрудничал с Кан Сюн и Полом Блейни из Массачусетского технологического института, чтобы визуализировать, как эти маленькие молекулы ищут свои сайты связывания на длинных участках ДНК. Исследование показывает, что эти синтетические считыватели генома ведут себя как «молекулярные сани» и легко скользят по обширным участкам генома.Вместе эти исследования позволяют по-новому взглянуть на то, как эти молекулы находят свои предпочтительные сайты-мишени в геноме.«В течение 15 лет мы работали над этой идеей, и теперь кажется, что мы наконец находимся на пути к возможности продуманного вмешательства», — говорит Ансари.
Среди других авторов исследования «атласа» PNAS — бывшие или нынешние члены лаборатории Ансари, сотрудники Департамента электротехники и вычислительной техники, а также исследователи из Исследовательского института Моргриджа.