Naukowcy odkryli „gramatykę przestrzenną” w DNA która na nowo definiuje rolę czynników transkrypcyjnych w regulacji genów, wpływając na nasze zrozumienie zmienności genetycznej i chorób.

Niedawno odkryty kod w DNA, zwany „gramatyką przestrzenną”, może ujawnić tajemnicę kodowania aktywności genów w ludzkim genomie.

To przełomowe odkrycie, zidentyfikowane przez naukowców z Uniwersytetu Stanowego Waszyngtonu i Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i opublikowane w Naturaujawniło długo postulowaną ukrytą gramatykę przestrzenną osadzoną w DNA. Badania mogą zmienić rozumienie przez naukowców regulacji genów i tego, jak zmienność genetyczna może wpływać na ekspresję genów w rozwoju lub chorobie.

Odkrycie zależności pozycyjnej

Czynniki transkrypcyjne, białka kontrolujące, które geny w genomie są włączane lub wyłączane, odgrywają kluczową rolę w tym kodzie. Długo uważane za aktywatory lub represory aktywności genów, badanie to pokazuje, że funkcja czynników transkrypcyjnych jest o wiele bardziej złożona.

„Wbrew temu, co można znaleźć w podręcznikach, czynniki transkrypcyjne działające jako prawdziwe aktywatory lub represory są zaskakująco rzadkie” – powiedział adiunkt WSU Sascha Duttke, który kierował większością badań w Szkole Biologii Molekularnej na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej WSU.

Naukowcy odkryli natomiast, że większość aktywatorów może również pełnić funkcję represorów.

„Jeśli usuniesz aktywator, twoja hipoteza jest taka, że ​​tracisz aktywację” — powiedziała Bayley McDonald, studentka WSU, która była częścią zespołu badawczego. „Ale to było prawdą tylko w 50% do 60% przypadków, więc wiedzieliśmy, że coś jest nie tak”.

Przyglądając się bliżej, naukowcy odkryli, że funkcja wielu czynników transkrypcyjnych w dużym stopniu zależy od położenia.

Odkryli, że odstępy między czynnikami transkrypcyjnymi i ich położenie względem miejsca rozpoczęcia transkrypcji genu determinują poziom aktywności genu. Na przykład czynniki transkrypcyjne mogą aktywować ekspresję genu, gdy znajdują się powyżej lub przed miejscem rozpoczęcia transkrypcji genu, ale hamują jego aktywność, gdy znajdują się poniżej lub za miejscem rozpoczęcia transkrypcji genu.

„To odstępy lub „otoczenie” decydują o tym, czy dany czynnik transkrypcyjny działa jako aktywator czy represor” – powiedział Duttke. „To po prostu pokazuje, że podobnie jak w przypadku nauki nowego języka, aby dowiedzieć się, w jaki sposób wzorce ekspresji genów są kodowane w naszym genomie, musimy zrozumieć zarówno jego słowa, jak i gramatykę”.

Implikacje dla badań genetycznych

Christopher Benner, adiunkt na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, przewiduje, że dzięki zintegrowaniu tej nowo odkrytej „gramatyki przestrzennej” naukowcy będą mogli lepiej zrozumieć, w jaki sposób mutacje lub zmienność genetyczna mogą wpływać na ekspresję genów i przyczyniać się do chorób.

„Potencjalne zastosowania są ogromne” – powiedział Benner. „Przynajmniej zmieni to sposób, w jaki naukowcy badają ekspresję genów”.

Odniesienie: „Pozycyjnie zależna funkcja ludzkich czynników transkrypcyjnych specyficznych dla sekwencji” autorstwa Sashy H. Duttkego, Carlosa Guzmana, Maxa Changa, Nathaniela P. Delosa Santosa, Bayleya R. McDonalda, Jialei Xie, Aarona F. Carlina, Svena Heinza i Christophera Bennera, 17 lipca 2024 r. Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07662-z