Kaip parašyti ir perrašyti DNR balus

Kaip parašyti ir perrašyti DNR balus

Dmitrijus Жарков
"Science firsthand" №4 (75), 2017

Be paprasto teksto DNR, parašyta keturiais raidėmis A, G, T ir C, mūsų genome turi daug nurodymų, kaip skaityti šį tekstą, kad kažkas būtų prasmingas. Dabar mokslininkai ne tik supranta šių instrukcijų įrašymo mechanizmą, bet ir išrado būdų, kaip jas perrašyti, kad reguliuotų ląstelių procesus.

Apie autorių

Dmitry Олегович Жарков – Biologinių mokslų daktaras, Genetikos ir baltymų inžinerijos laboratorijos vadovas, Chemijos biologijos ir fundamentalaus medicinos institutas, SIBIRO skyrius Rusijos mokslų akademijos (Novosibirskas), Novosibirsko valstybinio universiteto laboratorijos baltymų inžinerija. Rusijos mokslų akademijos geriausių mokslininkų konkurso 2004-2005 m. Laimėtojas. Diplomas prezidiumo Rusijos mokslų akademijos už indėlį į plėtrą produktyvių jėgų Sibiro (2007). Nominali prizas Novosibirsko regiono administracijai jauniesiems mokslininkams už mokslinius pasiekimus fundamentaliųjų ir taikomųjų tyrimų srityje (2009 m.). NSU garbės pažymėjimas daugelį metų sunkaus darbo universiteto naudai (2014 m.). Garbės diplomas Rusijos fondo pagrindiniams moksliniams tyrimams už didelį indėlį į mokslo plėtrą, daugelį metų vaisingo darbo remiant pagrindinius mokslinius tyrimus ekspertų tarybos Rusijos fondo pagrindinių mokslinių tyrimų (2015).105 mokslinių publikacijų ir 1 patento autorius ir bendraautorius.

Žinoma, labiausiai teisingos tų asmenų, kurie nesirūpino savimi gerbti save, buvo sužeisti ar geriau įsivaizduoti, ar jie buvo blogai elgiamasi tuo pačiu metu, kaip ir tie, kurie buvo serga ir kurie nieko nerado, o tai nebuvo …

Žinoma, kiekvienas, kuris lankėsi mokyklos literatūros klasėse, pripažins "Eugenio Onegino" pradžią šioje ilgoje raidžių eilutėje. Bet, mano Dievas, kaip sunku būtų užduotis perskaityti visą Puškino romaną be tarpų, periodų ir kablelių, eilučių plyšių ir stanzų! Ir jei reikia ne tik skaityti, bet skaityti garsiai ir išraiškai? Ir ne iš mokyklos pažįstamo teksto, bet visiškai naujas? Ir jei užduotis yra rasti šio teksto ritmą ar nustatyti stichijos dydį?

Žaisk čia, nepaleisk čia, žuvis čia apvyniota

Pirmieji istorijos rašymo tipai atrodė taip. Žmonėms trunka keletą tūkstančių metų, norėdami įeiti į modernų, žinomą mūsų kalbų rašymo tipą. Ir tai nėra sunkiausia situacija, kai rašytinis tekstas reikalauja paaiškinimų teisingam svarstymui. Kiekvienas, kuris bet kuriuo metu praleido muzikos įrašo studijas, prisimena aštrius ir plonus, crescendo ir diminuendo bei daugybę kitų specialių ženklų,be kurių neįmanoma įrašyti įrašų, kad pasirodytų Vivaldi arba Mozartas. "Čia žaisti čia, čia čia nepatekti žuvys" – peržiūrėkite V. Vinokur ir L. Oganezovo nuostabią miniatiūrą, tai čia labai gerai išaiškinta.

Visa tai yra tiesiogiai susijusi su biologija. Kiekvienoje mūsų kūno ląstelėje yra ilgas DNR tekstas, sudarytas iš maždaug 6 milijardų kintamųjų raidžių "A", "G", "T" ir "C". Šiame tekste yra visos instrukcijos pastatyti bet kurią žmogaus kūno ląstelę. Taigi kodėl, jei tekstas yra tas pats visur, smegenyse pagal jo nurodymus, gaunami neuronai, kepenyse – hepatocitai, o kai kurios neatitinkančios ląstelės tampa vėžinėmis? Atsakymas į klausimą yra trumpas ir labai sudėtingas. Kiekvienoje ląstelėje be DNR teksto yra instrukcijų, kaip skaityti šį tekstą. Jie gali būti užregistruoti tiek pačioje DNR, tiek baltymuose, kurie juos jungia ląstelės branduolyje. Bet kaip veikia šios instrukcijos, yra tokia didelė ir nesuprantama problema, kurią šiuolaikinėje biologijoje laiko viena iš pagrindinių. Jei keturių raidžių seka yra tradicinė ir molekulinė genetika, tada instrukcijos yra atskiros disciplinos objektas, epigenetinis, arba "okolo-nenetic", jei iš dalies išversta iš graikų kalbos.

Ką mes dabar žinome apie genų paveldėjimą ir organizmų savybes, daugiausia yra molekulinės biologijos revoliucijos pasekmė XX a. Viduryje. dėka J. Watsono, F. Creeko raštų ir dešimčių jų kolegų, kurių portretai dabar puošia vadovėlius ir Nobelio premijos vietą. Jau tuo metu tapo aišku, kad net paveldėti požymiai ne visada visiškai priklauso nuo DNR nukleotidų sekos ląstelės ar organizmo genomei.

Pavyzdžiui, 50-tieji metai. praėjusį šimtmetį Kanados genetikas A. Brinkas, dirbantis su kukurūzais, atrado reiškinį, kurį jis vadino paramutacija. Jis paėmė augalus su dviem skirtingais raudonojo gelio alelais, kurie yra atsakingi už pigmento sintezę ir suteikdami grūdams raudoną spalvą. Viena iš šių alelių gamina tamsiai raudonus grūdus, kitas lengvesnes. Viename augale kartu su šviesos raudonuoju aleliu tamsiai raudona tapo šviesa, tačiau nepakeičiant jo nukleotidų sekos. Dėl šių ir daugelio kitų eksperimentų dviejų papildomų gebėjimų egzistavimo egzistavimo sąvoka: genetinė,kuri yra pagrįsta nukleotidų seka ir epigenetine, pagrįsta stabiliu genų aktyvumu ir inaktyvacija.

Paradoksalu, nepaisant didžiulio ir vis daugiau leidinių apie epigentiką (duomenų bazė Pubmedas šio straipsnio rašymo metu buvo 64898), nėra vieningo šios sąvokos apibrėžimo. Kai kurie mokslininkai, vadovaudamiesi anglų genetikais ir embriologu K. Waddingtonu, epigenetikoje supranta viską, kas vyksta kūne "genotipo" realizavimo metu – jo pasireiškimas išoriniais simboliais (fenotipasa) ypatingomis aplinkos sąlygomis. Kiti specialistai, remdamiesi vienodai gerai žinomų genetų A. Rigso, R. Holliday ir J. Maynard-Smith autoriu, siauriau interpretuoja epigentiką kaip savybių paveldėjimą, nesusijusias su DNR sekos skirtumais. Bet kokiu atveju iki to laiko buvo manoma, kad epigenetiniai mechanizmai yra atsakingi už informacijos perdavimą dukterinėms ląstelėms apie motininės ląstelės būklę, kai ji yra padalinta, tačiau išskirtiniais atvejais jos perduodamos informaciją iš kartos į kartą į daugiasluoksnius organizmus.

Geras, blogas, neutralus

Dabar žinomi du pagrindiniai genų veiklos epigenetinės reguliavimo būdai gyvūnams ir augalams. Vienas iš jų yra pagrįstas pakeitimais histone baltymų, kurie sudaro nukleozomos – "ritės", kurių DNR žaizda ląstelių branduolyje. Labiau tankiai supakuoti DNR-baltymų ritiniai vadinami chromatinasreiškia mažesnę prieigą prie DNR fermentų transkripcija – RNR sintezė pagal DNR šabloną. Ir kuo mažiau RNR, tuo mažiau baltymų, mažiau genas.

Antrasis metodas pagrįstas specialios DNR bazės naudojimu – 5-metilcitozinas. Tai skiriasi nuo įprasto citozino, nes yra papildomos metilo grupės, todėl jis tampa labiau panašus į tiiminas – vienas iš įprastų DNR pagrindų. Bet tokie metilinti citozinai gali niekur neatsitikti, bet tik tada, kai iš karto po citozino guaninas. Tokios sekos vadinamos CpG dinukleotidai. Jei jie daug surenkami DNR ir arti vienas kito, gaunamos CpG salos, dažniausiai pasitaikančios vietovėse skatintojai – genų sklypai, su kuriais prasideda jų "skaitymas", t. y. transkripcija.

Egzistuoja du genų veiklos epigenetinės reguliavimo būdai.Vienas iš jų yra pagrįstas histologinių baltymų modifikavimu, kai DNR žaizda ląstelių branduolyje, kaip ant ritės. Kuo griežtesnė pakuotė yra ritėje, tuo mažiau DNR galima gauti fermentams, kurie sintezuoja RNR iš DNR šablono, t. Y. Geliai tankioje pakavimo srityje bus neaktyvūs. Epigenetinis histonų modifikavimas gali prisidėti prie laisvesnio "ritinių" išdėstymo, dėl kurio fermentai gali patekti į šį DNR regioną ir RNR, o po to baltymas gali būti sintezuojamas. Kitas epigenetinio reguliavimo metodas – metilinimas, DNR turintis metilo grupę, dėl kurios citozino azoto bazė yra paverčiama 5-metilcitozinu. Metilo grupės buvimas, taip pat histonų modifikavimas galiausiai pakeičia DNR pakuotės tankį ir genų prieinamumą fermentams

Paprastai normaliose ląstelėse dauguma žmogaus genomo CpG dinukleotidų yra metilo, tačiau salelėse, atvirkščiai, metilcitozinas yra retas. Tačiau daugelyje vėžio ląstelių šis pasiskirstymas yra sutrikęs: salos yra labiau metiliuotos, o likusios CpG dinukleotidai yra mažiau. Tiesą sakant, ląstelėse yra daug metilcitozino, kurį kartais vadina "penkta DNR baze".

Kaip 5-metilcitozino buvimas DNR veikia genų veiklą? Pagal savo kodavimo savybes ji nesiskiria nuo įprasto citozino, ir transkripcijos metu ji puikiai "įskaitoma". Bet metiltitozės, tiksliau, metilinti CpG dinukleotidai, pripažįstami baltymų, turinčių vadinamąjį metilo surišimo sritys (sklypai). Prijungus metilintą DNR, jie pritraukia kitus baltymus, kurie sugeria chromatiną, ir tai, kaip jau minėta, trukdo transkripcijai.

Dar visai neseniai viskas šiame mechanizme atrodė daugiau ar mažiau aiškus: citozinas yra "geras", skatina genų veiklą, metilcitozinas yra "blogas", jis jį slopina. Tačiau tokių paprastų scenarijų pobūdis, kaip taisyklė, nepatinka. Neseniai buvo atrasta "šeštoji raidė" DNR – 5-hidroksimetilcitozinas, apie atradimo istoriją, apie kurią kalbėsime vėliau. Jis taip pat turi hidroksilo grupę, įtrauktą į metilo grupę, ir tai labai skiriasi nuo metilcitozino iš ląstelių požiūriu: jis pripažįstamas ne tų pačių baltymų kaip metiltitozinas, o visiškai skirtingi, kurie nekondensuoja chromatino, bet, atvirkščiai, tampa mažiau tankūs.Taigi, tai yra hidroksimetilcitozinas, kuris veikia kaip "supermenas", kuris padidina genų aktyvumą, o paprastas citozinas palaiko neutralumą šiame amžinajame mūšyje.

Rašome, ištriname, rašome, ištriname, rašome …

Bet koks signalas ir signalas, kad jį galima įjungti ir išjungti, nustatyti ir atšaukti. Žinoma, jei yra specialių DNR bazių, kurie keičia genų veiklą, tada vienas iš pagrindinių klausimų yra: kur jie pasirodo DNR ir kur jie po to išnyksta?

Specialieji DNR-metiltransferazės (metilazės) fermentai DNMT1, DNMT3a ir DNMT3b atpažįsta CpG dinukleotidus, nuosekliai pasodindami citoziną ir guaniną ir aprūpindami juos metilo grupe. Dėl to susidaro 5-metilcitozinas, slopinantis genų aktyvumą. Be to, ši bazė gali būti transformuota į 5-hidroksimetilcitoziną, naudojant TET baltymus, ir atvirkščiai, kuris skatina genų aktyvavimą. Ir galiausiai, vykstant tolesniems transformavimams, kuriuos taip pat skatina ląsteliniai fermentai, bazė gali vėl virsti į įprastą citoziną.

Su metilcitozinu viskas tapo aišku ilgą laiką. Prieš trisdešimt metų žmogaus ląstelėse buvo rasta fermentų DNR metiltransferazėarba methylaseskurie dabar yra žinomi – DNMT1, DNMT3a ir DNMT3b.Jie pripažįsta CpG dinukleotidus ir tiekia juos metilo grupe. Trys fermentai atlieka šiek tiek skirtingus vaidmenis. DNMT1 – "palaikanti" metilazę. Jei atidžiai pažvelgsite į CpG dinukleotidą palindromiškas sekas, kurios abiejuose kryptimis vienodai skaitomos kartu su papildomomis grandinėmis. Todėl metilcitozės yra ne viena, o dvi, o po to replikacijos – DNR kopijavimas per ląstelių dalijimą – vėl būtina metiliuoti šviežią citoziną, kuris ką tik buvo įterptas į naują DNR grandinę, kurią daro DNMT1 metilazė. Skirtingai nuo pastarojo, DNMT3a ir DNMT3b gali metilinti DNR nuo nulio, net jei jame nėra metilcitozino. Atidus skaitytojas gali paklausti: kur yra DNMT2? Yra toks baltymas, tik tai nereiškia metilinti DNR, bet RNR, ir mes apie tai nekalbėsime.

CpG dinukleotidas priklauso palindrominėms sekoms: jis abiejuose kryptimis skaitomas taip pat abejose DNR papildomose kryptyse. Viena DNR dalis yra polimeras – "granulės", susidedančios iš 4 rūšių granulių-nukleotidų: adenino (A), timino (T), guanino (G) ir citozino (C). Du DNR grandinės laikomos kartu tarpusavyje tarpusavyje suderinamų nukleotidų porų, kaip rakto užraktas: nuo A iki T, nuo G iki C.Taigi, metilcitozės, dviem CpG dinukleotidams ir po DNR replikacijos (padvigubinimo) ląstelių dalijimosi procese, turi būti vėl maišoma "nauja". Tai dalyvauja metilazės DNMT1.

Susipažinimas su baltymėmis, DNR metilinimas, mes baigiame paminėti, kad jie egzistuoja bakterijose. Bakterijos neatsirado epigenetinio reguliavimo, apimančio 5-metilcitozino, tačiau jie turi vadinamąsias sistemas apribojimo pakeitimaikad apsaugotų juos nuo virusų. Paprastai bakterijų ląstelėje yra fermentųrestrikcijos fermentai, pjovimas DNR į specifines sekas, ir methylases, atpažinimas ir metilinimas šių sekas. Jei virusas patenka į ląstelę, jo DNR pjauna, o bakterinė DNR yra apsaugota nuo metilinimo.

Daugybė būdų, kaip atpažinti sekų ir rūšių metilinimą bakterijų pasaulyje, yra puikus, tačiau kai kurie mikroorganizmai, pavyzdžiui spiroplasmas (simbiozinis mikroorganizmas, gyvenantis vabzdžių žarnyne), tai yra 5-metilcitozinas, naudojamas CpG dinukleotidų. Dėl to jie labai mėgsta mokslininkus, nes eksperimentiniais tikslais metilazė M.SssAš nuo spiroplasmos naudojimo nėra pavyzdys lengvesnis nei žmogaus baltymai.

Eigenizmo ženklų ištrynimo istorija yra daug sudėtingesnė. Ilgą laiką buvo laikoma, kad ląstelė apskritai to nedaro, bet tik nutraukia metilinimo palaikymą tam tikroje genomo vietovėje, o po kelių ląstelių dalių dauguma ląstelių palikuonių šioje vietoje neturės metilcitozino. Tačiau daugelis žmogaus kūno ląstelių apskritai nesidalija, bet jie gali pašalinti metilo žymas. Kitais atvejais, metilcitozinas yra pašalinamas iš DNR daug greičiau, nei leidžia dalijimasis ląstelėmis. Todėl, kai pagaliau buvo atrasta aktyvaus demetilinimo sistema, visi tyrinėtojai, dalyvavę epigenetikoje, kvėpavo atotrūkį. Ir mechanizmas pasirodė esąs labai įdomus.

Mes patys ją sulaužome, patys patinkame

Apie sistemą DNR remontas "Mokslas iš pradžių" pakartotinai parašė (Žarkovas, 2006; Ходырева, Лаврик, 2007; Жарков, 2009; Сидоренко, Гроллман, Жарков, 2013; Kosovas, Ходырева, Лаврик, 2013). Ši sistema padeda mums išgyventi, nepaisant dešimčių tūkstančių DNR pažeidimų, kuriuos kiekviena mūsų kūno ląstelė patiria kiekvieną dieną, kai ją veikia išorės veiksniai (saulės spinduliai, radiacija, toksinai patenka į kūną),ir dėl neišvengiamų biocheminių procesų (pagrindiniai "piktadariai" čia – deguonis ir vanduo).

Svarbiausias iš taisymo būdų, pagrindo pašalinimo remontasTai prasideda tuo, kad pažeista bazė yra pripažinta ir nukirsta iš DNR vienu iš fermentų, priklausančių DNR glikozilazių klasei. Tada dar keletą baltymų veikia nuosekliai, todėl įprasta DNR pakeičiama pažeista DNR raidė.

"Amoninių bazių" ekscentrinio remonto sistema, atliekanti baltymų kompleksai, specializuojasi "smulkiajame" remonte, smulkių DNR pagrindų pažeidimų, kurie nėra susiję su reikšmingu dvigubos spiralės iškraipymu. Toks remonto fermentų konvejeris ne tik atstato spontaninę žalą, bet ir idealiai tinka pašalinti bet kokius DNR modifikuotus bazius. Autorius: (Khodyreva, Lavrik, 2007)

Paprastai atlyginimas atgaunamas kovos su DNR žalos, mutacijų ir vėžio kontekste. Tačiau yra lengva suprasti, kad toks fermentinis konvejeris idealiai tinka pašalinti bet kokius modifikuotus bazius iš DNR, o ne tik spontaninę žalą.Inžinierius, kuris būtų pavesta išradinėti sistemą, kuri pašalina metilcitoziną iš DNR, ilgą laiką nebūtų mąstyta: žinoma, jums reikia pastatyti DNR glikozilazę, kuri ją iškirps, o tada pats remontas uždaro skylę įprastiniu citozinu. Ir inžinierius nebūtų visiškai neteisingas: šia kryptimi išaugo augalai, kurie taip pat turi epigenetinę sistemą su 5-metilcitozinu.

Bet gyvūnais viskas yra sudėtingesnė, ir tai dar kartą primena apie skirtumus tarp inžinieriaus, kuris aktyviai naudoja pečius ir evoliuciją, kuri dirba pagal principą "ji bent jau kažkaip išsiugdytų, ir tada ji patys patobulins". Pirma, 5-metiltsitozino metilo grupė oksiduojama vienu iš TET baltymų (iš jų trys iš jų yra žmonėms). Dėl to gaunamas tas pats 5-hidroksimetilcitozinas, kuris aktyvuoja genus. Jei mes turime perjungti geną nuo neaktyvių iki aktyvių, mes pasiekėme tikslą. Ir jei reikia neutralizuoti neutroninę būseną su citozinu, tada tą pačią metilo grupę galima oksiduoti dviem etapais su 5-formilcitozino ir 5-karboksilcitozino susidarymu. Pastarosios nebeaktyvėja, o ne slopina, o remonto sistema ją suvokia kaip žalą, kurią ji pataiso,atsiranda citozinas. Tuo pačiu metu jūs galite pašalinti buvusio metilcitozino amino grupę ir ją pakeisti ketogrupė (lengviau – deguonies atomui). Tai daro keli specialūs fermentai.deaminase, ir tai taip pat yra žala, kurią pašalins remonto sistema.

Galima sakyti, kad naujausi tyrimai epigenetikos srityje pakeitė mūsų požiūrį į DNR. Keturių raidžių mokyklos nuotrauka dabar atrodo labai paprasta: ląstelė, reguliuojanti genų veiklą, nuolat aktyviai keičia daugelį šių raidžių su kitais, kurie nėra šios trumposios abėcėlės dalis. Aišku, kad byla neapsiriboja tik metilcitozinu ir hidroksimetilcitozinu, ir yra pavyzdžių, kai priežastys, anksčiau laikytos žalos atlyginimo funkcija, atlieka naudingą funkciją. Pavyzdžiui, mūsų imuninės sistemos ląstelės aktyviai sugadina genus, kurie koduoja antikūnus – tai padeda jiems greitai mutuoti ir ieškoti daugybės antikūnų variantų ieškant tų, kurie pripažįsta invazines patogenus mūsų organizme. Kartais tai yra labai veiksminga strategija pakeisti seną su nauju.

Tvist tinkamoje vietoje

Taigi, mes žinome, kaip ląstelės įdedamos į DNR ir ištrina iš jos epigenistus. Ar galime pasinaudoti šia galimybe? Išjunkite aktyvų onkogeną vėžio ląstelėse arba, priešingai, stumkite norimą neaktyvų geną?

Pagrindinis klausimas yra toks: kaip nukreipti genomą į baltymą, kuris įveda ar ištrina epigenetinius modifikacijas? Ir tik tokio nukreipimo srityje pastaraisiais metais įvyko dar viena biologijos revoliucija, kuri žada tokios didelės perspektyvos gyvųjų organizmų inžinerijos srityje, kurią galima palyginti tik su Niutono mechanikų kūrimu, leidžiančiu inžinieriams kurti tvirtus tiltus ir negrumstus laivus. Mūsų žurnalas taip pat parašė apie šiuos pasiekimus, kuriuos sujungė bendras vardas "genominis redagavimas" (Vlasovas, Pyshny, Žarkovas, 2014, Medvedevas, 2014; Zakianas, Vlasovas, Medvedevas, 2014), todėl mes remiame šiuos straipsnius skaitytojo detalėms, mes minime tik svarbiausią dalyką.

Dabar yra trys pagrindinės sistemos, nukreiptos į tinkamą vietą genome. Vienas pagrįstas cinko pirštai, plačiai paplitę baltymų motyvai, kurie atpažįsta mažus DNR gabalus.Sujungus keletą "pirštų" su skirtingomis konkrečiomis DNR sekomis, galima tiksliai išspręsti baltymą, kurį jie tiekia į unikalią genomo vietą. Vadinamoji TAL-efektorių sistema, paimta iš bakterijų Xanthomonaskurie sukelia daugelį augalų ligų: nedideli baltymų skyriai, kurie atpažįsta vieną bazinę porą, yra sujungti tam tikslui nukreipti į konkrečią DNR seką. Galiausiai, populiariausias šiandien naudojamas CRISPR / Cas9 sistema naudoja RNR seką, atitinkančią pageidaujamą DNR regioną. Jei mes norime nukreipti RNR ar jo baltymą į konkretų genomo regioną, mes gaminame dirbtinį baltymą, kuris sujungia adresavimo modulį, pagamintą remiantis viena iš paminėtų sistemų, ir aktyvų modulį, kuris, pavyzdžiui, metiluos arba demetilins DNR.

Šiuo metu tinkamoje redagavimo genomo dalyje yra trys pagrindinės taikymo sistemos. Pirmasis yra baltymų modulių "cinko pirštų" fermentas cinko pirštas (A) Kiekvienas šio nukleazės cinko pirštas gali "išmokti" ir konkrečiai susieti su konkrečia trijų nukleotidų DNR seka. Antroji, panaši sistema yra paremta TAL efektoriais (B)Kiekvienas TAL baltymo domenas atpažįsta vieną DNR nukleotidą. Abi nukleazės naudoja FokI nukleazės domeną, norint iškirpti DNR. Populiariausi genomo redagavimo sistema yra CRISPR / Cas9 (In) naudoja trumpas RNR kaip DNR atpažinimo struktūras. Tokios sistemos sukūrimo idėja atsirado tiriant mechanizmus, kuriuos bakterijos naudoja apsaugoti nuo jų patogeninių virusų (bakteriofagų). Sistemos pagrindas yra Cas9 baltymo kompleksas, galintis pjauti DNR grandinę, ir orientacinė RNR, kuri gali atpažinti ir susieti su konkrečia tikslinės DNR sritimi.

Sąžininga teigti, kad pirmieji bandymai konkrečiai nukreipti DNR metilinimą buvo visiškai be baltymų. Atgal 1990 m. jie sužinojo, kaip įdėti oligonukleotidus į ląsteles – mažus DNR elementus, turinčius metiltitozino tinkamoje vietoje, tikintis, kad jie susieja su papildomais DNR, o metilinimo sistema, naudojanti fermentą DNMT1, imsis šio poveikio replikacijai ir tinkamoje vietoje įdėkite metilcitozino. Jis net dirbo, tačiau apskritai proceso efektyvumas buvo labai mažas. 1997 m. Mokslininkai galiausiai nustatė pirmąjį požiūrį į šiuolaikinių rūšių sistemas. Laboratorijoje T."Bestor" Kolumbijos universitete (JAV) sujungė cinko pirštų nukreipimo modulį ir aktyvų modulį minėtos bakterinės metilazės M atžvilgiu.SssI. Gautas in vitro idealiai metiliuotos DNR konstrukcijos tinkamoje vietoje. 2003 m. Teksaso universiteto (JAV) M. Kladde žengė kitą žingsnį, išbandydamas panašius hibridinius metilazus gyvose ląstelėse, būtent mielėse, kurios neturi savo metilinimo sistemos

Prieš atsiradus adresavimo sistemoms, mokslininkai bandė kažkaip kažkokiu būdu pakeisti žmogaus ląstelės genomo bendrą metilinimo būseną ir šiek tiek sėkmingai pasiekė šį kelią. Klinikinėje onkologijoje vaistai azacytidinas ir decitabinas yra naudojami kovojant su leukemijomis – tai yra citozino analogai, kurių negalima metilinti, o jų žudantys genai aktyvuojami piktybinėse ląstelėse. Panašūs metodai, vartojami tik su kitais vaistiniais preparatais, yra naudojami pjautuvo ląstelių anemijai gydyti, liga, kuria mutavo viena iš hemoglobino baltymų grandinės. Su globaliniu demethylation, vaisiaus gliukozės genai yra sukelti.Paprastai suaugusiesiems jie dar neturėtų dirbti, tačiau jų aktyvacija padeda pacientui turėti bent jau tam tikrą funkcinį hemoglobino tipą.

Kai buvo parodyta pagrindinė galimybė tikslingai redaguoti epigenetines žymes, nauji variantai, naudojantys įvairius adresavimo ir aktyvius modulius, sumažėjo kaip kibiras. Dabar, naudojant šiuolaikines genomo redagavimo sistemas, buvo išbandyti beveik visi žinomi metilinimo ir demetiliacijos sistemų fermentai. Tačiau lieka klausimas: ar tai būtina? Kokią reikšmę gali pakeisti metilinimas vienoje konkrečioje vietoje? Ar neįrodo, kad norint patikimai pakeisti eigenetikos žymas, kurios reguliuoja vieną geną, turėsime patekti į ląstelę dešimtis ir šimtus baltymų su skirtingais adresais?

Nors atrodo, kad atsakymai į šiuos klausimus yra gana optimistiški. Kladde eksperimentai taip pat parodė, kad mielėse ne tik viena konkreti vieta, į kurią kreipiamasi į hibridinę metilazę, yra metilinti, bet ir CpG dinukleotidai keliems šimtui nukleotidų. Ateityje kitos mokslininkų grupės parodė, kad ir metilinimas, ir demetilinimas atrodo "šliaužti" toje vietoje, kur iš pradžių buvo siekiama pokyčio.Ir 2014 m., Išnagrinėjęs daugybę duomenų apie metilinimo ir genų veiklą, tarptautinis konsorciumas, įskaitant ir Rusijos mokslininkus, padarė išvadą, kad mokslininkai vadina "šviesoforo metilinimą": apie 17% CpG dinukleotidų yra priklausomybė nuo genų aktyvumo iš vieno konkretaus CpG metilinimo būklės.

Taigi, atrodo, kad valdyti genų veiklą yra gana tikras. Gyvenamųjų sistemų inžinerija yra nauja galinga priemonė.

Literatūra
1. Vlasovas V. V., Pishny D. V., Žarkovas D. O. Senovės molekulės priėmimas // Mokslas iš pirmų rankų. 2014. T. 57/58. Nr. 3/4. Pp. 84-91.
2. Žalias I. R., Petrova D. V., Žarkovas D. O. DNR epigenetinių modifikacijų redagavimas // Genai ir ląstelės. 2016. tomas 11. Nr. 2. P. 53-60.
3. Žarkovas D. O. "Mįslės" "Rūdžių" DNR // Mokslas iš pirmų rankų. 2006. V. 12. Nr. 6. P. 24-35.
4. Žarkovas D. O. Apsauginis genomas // Mokslas iš pirmų rankų. 2009. 28 tomas. 4. C. 160-169.
5. Zakian S. M., Власов V. V., Medvedev S. P. "Genomų redaktoriai". Iš "cinko pirštų" į CRISPR // Science Firsthand. 2014. T. 56. № 2. S. 44-53.
6. Kosova A. A., Ходырева S. N., Лаврик O. DNR užraktas // Mokslas iš pirmų rankų. 2013. V. 53/54. Nr. 5/6. 14-21 p.
7. Medvedevas S. P. Kaip redaguoti paveldimumą // Mokslas iš pirmų rankų. 2014. T. 55. Nr. 1. P. 10-13.
8. Сидоренко V. S., Grollman A., Жарков D. O.Toksikologinis detektyvas arba Balkanų endeminės nefropatijos atvejis // Mokslas iš pirmų rankų. 2013. V. 53/54. Nr. 5/6. 22-33 p.
9. Khodyreva S. N., Lavrik O. I. Kaip ląstelė taiso DNR // Mokslas iš pirmų rankų. 2007. V. 15. Nr. 3. S. 82-89.
10. Goll M. G., Bestor T. H. Eukariotiniai citozino metiltransferazės // Annu. Rev. Biochem. 2005. V. 74. P. 481-514.
11. Wu X., Zhang Y. TET veikiamas aktyviosios DNR demetilinimas: mechanizmas, funkcija ir už jos ribų // Nat. Rev. Genet. 2017. V. 18. N. 9. P. 517-534.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: