Геном, представляющий собой полный набор ДНК человека, включая все гены, кодирующие белки, насчитывает почти 3 миллиарда пар оснований. Несмотря на свои огромные размеры, только 2 процента нашего генома кодирует белки.
Остальные 98 процентов составляют некодирующие области, которые регулируют, где и когда активируются гены, кодирующие белок. Эти некодирующие области неоднократно определялись генетикой человека и геномными исследованиями рака как потенциальные движущие силы таких заболеваний человека, как рак.Лучшее понимание этих регуляторных областей и основополагающих принципов, которые определяют, когда гены включаются и выключаются, необходимо, чтобы раскрыть, как развиваются заболевания, и найти новые методы лечения. Однако инструменты для идентификации этих некодирующих областей и понимания того, как они работают, ограничены.
Они требуют предварительной идентификации белковых факторов, регулирующих эти области, зависят от наличия реагентов, таких как антитела, и часто требуют сложных генетических манипуляций.Новая система, разработанная исследователями из лаборатории доктора Цзянь Сюй и опубликованная в последнем выпуске Cell, открывает путь для более глубокого изучения этих регуляторных генетических элементов.
Эта система, названная CAPTURE (CRISPR Affinity Purification in situ of Regulatory Elements), обеспечивает подход для одновременного выделения белков, связанных с геномной последовательностью, а также их взаимодействий с РНК и ДНК.«Способность, которую CAPTURE дает нам изолировать и анализировать весь набор факторов, регулирующих нашу ДНК, предлагает множество возможностей для изучения того, как различные белки контролируют функцию генома в раковых и стволовых клетках», — сказал д-р Сюй, старший автор исследования и ассистент. Профессор CRI в UTSW и кафедре педиатрии. «Это также открывает совершенно новые возможности для поиска новых мишеней для наркотиков».
Метод CAPTURE был разработан путем перепрофилирования системы редактирования генома CRISPR, включая CRISPR-ассоциированный белок 9 (Cas9) — управляемый РНК фермент, который связывается с ДНК. CAPTURE работает, используя направляющие РНК для направления деактивированной версии Cas9 (dCas9) к элементам ДНК, которые исследователи хотят изучить.
Затем dCas9 — вместе с другими белками, РНК и последовательностями ДНК, связанными с положением dCas9 на хромосоме (его геномными локусами) — можно выделить и изучить. Это позволяет идентифицировать и охарактеризовать регуляторные области генома и связанные с ними белки по всему геному.Используя CAPTURE, лаборатория доктора Сюй успешно идентифицировала многие известные и новые человеческие белки, связанные с теломерами, в качестве доказательства принципа. Теломеры, которые представляют собой короткие повторяющиеся последовательности ДНК на концах хромосом, защищают наши хромосомы от истирания или слияния с соседними хромосомами.
Затем исследователи обнаружили новые механизмы, регулирующие аномальную экспрессию гена бета-глобина в клетках крови человека. Бета-глобин — жизненно важная часть более крупного белка, известного как гемоглобин, который отвечает за обмен кислорода и углекислого газа между нашими легкими и тканями тела.
Измененная экспрессия генов бета-глобина связана с наследственными нарушениями гемоглобина, такими как серповидно-клеточная анемия, от которой в настоящее время страдает 5 процентов населения мира.«Беспристрастный анализ генома с помощью CAPTURE предоставляет биомедицинским исследователям новый мощный инструмент для расшифровки основных регуляторных принципов.
Этот новый инструмент улучшит наше понимание генома человека и генетических вариаций при различных заболеваниях», — сказал доктор Сюй.