Учёные выяснили, почему одни и те же генетические коды работают по-разному

Ученые Института генетики Смурфита (Smurfit Institute of Genetics) в Тринити-колледже Дублина выяснили, как функциональное многообразие клеток организма обеспечивается одним и тем же генетическим кодом.

Вопрос давно интересовал ученых, еще со времен открытия ДНК. Человеческий организм содержит множество различных типов клеток. Они сильно отличаются по строению и своей роли в организме: сравните, например, красные кровяные тельца и дендриты нервной ткани. Но все клетки имеют один и тот же генокод, полученный от родительских хромосом. Возникает вопрос: как именно один и тот же код может работать настолько по-разному?

Клеточное ядро содержит хромосомы в своём ДНК / © slideplayer.com

Адриан Брекен (Adrian Bracken) и его коллеги обнаружили новое семейство белков, которые назвали PALI1 и PALI1. Все позвоночные животные, от млекопитающих и до рыб, имеют эти белки в ДНК.

Ученые выяснили, что они активно работают во время развития эмбриона. PALI1 как раз осуществляет контроль развития клеток зародыша в специализированные виды. Этот процесс ученые называют формированием клеточной идентичности, им занимается особая научная дисциплина — эпигенетика. В каждом виде клеток в одном и том же коде ДНК включаются различные комбинации генов.

Эпигенетика — изучение закономерностей изменения экспрессии генов и фенотипа клеток при сохранении неизменности ДНК.

Приведем аналогию: есть взять книгу, то из нее можно выбирать различные последовательности слов, составляя предложения с разным смыслом. Такой метод не позволяет собрать абсолютно любой текст: некоторых слов нет, а если и есть, то они встречаются лишь в определенном порядке, и их нельзя переставить местами. Но вариантов выбора слов для составления осмысленных предложений — очень много.

Специальные белки, эпигенетические регуляторы, или PcG (Polycomb-group proteins), занимаются таким «набором предложений из слов текста». Впервые они были обнаружены у мух-дрозофил, затем — у всех животных и растений.

Недавно обнаруженные белки PALI1 и PALI2 уникальны: они имеются только у позвоночных животных и не встречаются у беспозвоночных и растений. Позвоночные животные очень давно, миллионы лет назад, произошли от беспозвоночных. Получается, что изначально гены, которые кодировали эти белки, в очень далеком прошлом принадлежали общему предку всех позвоночных.

Открытие новых белков — очень важный шаг в понимании того, как стволовые клетки животных, включая человека, становятся специализированными во время развития эмбриона. В практическом плане изучение этого механизма позволит понять, как образуются раковые клетки, и затем разработать лекарства. Уже сейчас известно, что белок EZH2 (также эпигенетический регулятор) участвует в «запуске» некоторых видов рака крови и головного мозга. Генетики собираются разработать более эффективные лекарства, в которых используются свойства белков PALI1 и PALI2. Кроме того, PcG принимают участие в метилировании нервных волокон, что необходимо для их работы. Если научиться «включать» метилирование у взрослых, то можно будет как минимум замедлять развитие болезни Альцгеймера и многих других неврологических заболеваний, а также восстанавливать нервную ткань после травм.

Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.