Cercetătorii au dezvoltat o nouă platformă de editare a genomului care permite manipularea precisă a semnelor cromatinei, dezvăluind impactul lor direct asupra expresiei genelor și provocând înțelegerea anterioară a mecanismelor de reglare a genelor.
Un studiu realizat de grupul lui Hackett de la EMBL Roma a condus la dezvoltarea unei tehnici puternice de editare a genelor, care deschide capacitatea de a programa cu precizie modificările cromatinei.
Înțelegerea modului în care genele sunt reglementate la nivel molecular este o provocare majoră în biologia modernă. Acest mecanism complex este condus în principal de interacțiunea dintre proteine numite factori de transcripție, ADN Regiuni reglatoare și modificări epigenetice – modificări chimice care modifică structura cromatinei. Colecția de modificări epigenetice ale genomului unei celule este denumită epigenom.
Progrese în editarea epigenomului
Într-un studiu publicat astăzi (9 mai) în Genetica naturiiOamenii de știință din grupul lui Hackett de la Laboratorul European de Biologie Moleculară (EMBL) din Roma au dezvoltat o platformă modulară de editare a genomului – un sistem pentru programarea modificărilor epigenetice oriunde în genom. Sistemul permite oamenilor de știință să studieze efectul fiecărei modificări ale cromatinei asupra transcripției, mecanismul prin care genele sunt transcrise în ARNm pentru a cataliza sinteza proteinelor.
Se crede că modificările cromatinei contribuie la reglarea proceselor biologice cheie, cum ar fi creșterea, răspunsul la semnalele de mediu și boala.
Ilustrație creativă a setului de instrumente de editare epigenetică: Fiecare clădire reprezintă starea epigenetică a unei singure gene (ferestrele întunecate sunt gene tăcute, ferestrele luminoase sunt gene active). Pârghia demonstrează sistemul de editare epigenetică care permite depunerea de novo a semnelor de cromatină la orice loc genomic. Marzia Monafo
Pentru a înțelege efectele semnelor cromatinei specifice asupra reglării genelor, studiile anterioare au cartografiat distribuția lor în genomul tipurilor de celule sănătoase și bolnave. Combinând aceste date cu analiza expresiei genelor și efectele cunoscute ale perturbării unor gene specifice, oamenii de știință au atribuit funcții acestor semne cromatinei.
Cu toate acestea, s-a dovedit dificil de determinat relația cauzală dintre semnele cromatinei și reglarea genelor. Provocarea este de a diseca contribuțiile individuale ale numeroșilor factori complecși implicați într-o astfel de reglare – mărcile cromatinei, factorii de transcripție și secvențele ADN reglatoare.
Revoluție în tehnologia de editare a epigenomului
Oamenii de știință din grupul lui Hacketts au dezvoltat un sistem modular de editare a genomului pentru a programa cu precizie nouă semne de cromatină importante din punct de vedere biologic în orice regiune dorită a genomului. Sistemul se bazează pe CRISPR – o tehnologie de editare a genomului utilizată pe scară largă care permite cercetătorilor să facă modificări la anumite locuri ale ADN-ului cu precizie ridicată și Precizie.
Astfel de perturbări subtile le-au permis să disece cu atenție relațiile cauză-efect dintre semnele cromatinei și efectele lor biologice. Oamenii de știință au proiectat și au folosit, de asemenea, un „sistem reporter”, care le-a permis să măsoare modificările expresiei genelor la nivel de celulă unică și să înțeleagă modul în care modificările secvenței ADN afectează efectul fiecărei mărci cromatinei. Rezultatele lor dezvăluie rolurile cauzale ale unui set de mărci cromatine importante în reglarea genelor.
Constatări cheie și direcții viitoare
De exemplu, cercetătorii au descoperit un nou rol pentru H3K4me3, un semn de cromatină considerat anterior a fi o consecință a transcripției. Ei au remarcat că H3K4me3 poate crește de fapt transcripția de la sine dacă este adăugat artificial la anumite site-uri din ADN.
„Acesta a fost un rezultat foarte interesant și neașteptat, care a fost împotriva tuturor așteptărilor noastre”, a spus Christina Policarpi, cercetător postdoctoral în grupul lui Hackett și om de știință principal al studiului. „Datele noastre indică o rețea de reglementare complexă, în care factorii de guvernare multipli interacționează pentru a modula nivelurile de expresie a genelor într-o anumită celulă. Acești factori includ structura preexistentă a cromatinei, secvența ADN-ul de bază și locația în genom.
Aplicații potențiale și cercetări viitoare
Hackett și colegii săi explorează în prezent modalități de a valorifica această tehnologie printr-un proiect de pornire promițător. Următorul pas va fi confirmarea și extinderea acestor concluzii prin direcționarea genelor pe diferite tipuri de celule și la scară largă. Modul în care semnele cromatinei afectează transcripția prin diversitatea genelor și mecanismele din aval rămâne de elucidat.
„Setul nostru de instrumente de editare epigenetică modulară constituie o nouă abordare experimentală pentru disecția interrelațiilor dintre genom și epigenom”, a declarat Jamie Hackett, lider de grup la EMBL Roma. „Sistemul ar putea fi folosit în viitor pentru a înțelege mai precis importanța schimbărilor epigenomice în influențarea activității genelor în timpul dezvoltării și în bolile umane. Pe de altă parte, această tehnologie deschide, de asemenea, capacitatea de a programa nivelurile dorite de expresie a genelor mod reglabil. Aceasta este o cale interesantă pentru aplicații.” Beneficiile precise pentru sănătate pot fi utile în cazuri de boală.
Referință: „Editarea genomului stem surprinde funcția instructivă dependentă de context a modificărilor cromatinei” 9 mai 2024, Genetica naturii.
doi: 10.1038/s41588-024-01706-s
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”