Ученые создали гибридные клетки человека и комара для изучения работы генома
Исследование гибридных клеток человека с фрагментами генома комара поможет понять, как клетка определяет, какие участки ДНК должны работать, а какие — оставаться выключенными.
Источник: Новости науки
МОСКВА, 2 сентября /Новости науки/. Ученые Института цитологии и генетики СО РАН получили клетки человека с крупными фрагментами ДНК комара и показали, что ранее неактивные участки чужеродной ДНК можно «включить» с помощью белков-активаторов. Об этом сообщается в материале Российской академии наук.
«Мы показали, что, если направить активаторы в одно место сразу в большом количестве, ДНК комара активируется», – отметила сотрудник лаборатории геномных технологий для медицинской генетики ИЦиГ СО РАН Екатерина Глумова.
Работа посвящена одному из фундаментальных вопросов генетики — тому, как клетка определяет, какие участки ДНК должны работать, а какие оставаться выключенными. Для эксперимента исследователи использовали генетический материал очень далекого от человека вида: человек и комар эволюционно разошлись около 600 млн лет назад. Благодаря этому ученые могут наблюдать, как белки человеческой клетки взаимодействуют с последовательностями ДНК, которых обычно в ней нет.
Гибридные клетки получили методом соматической гибридизации. Клетки человека и комара сливали с помощью полиэтиленгликоля, после чего в человеческих клетках появлялись протяженные вставки ДНК комара, иногда сопоставимые по размеру с целой хромосомой. Анализ показал, что такие участки имели признаки неактивного хроматина и не транскрибировались, то есть клетка не использовала их для синтеза РНК.
Исследователи выбрали несколько участков вставленной ДНК и направили к ним белки-активаторы. Воздействия отдельных белков оказалось недостаточно, чтобы преодолеть неактивное состояние ДНК. Однако когда в одну точку направили сразу множество копий сильного активатора, фрагменты ДНК комара начали работать: в выбранном участке появились транскрипты, а сама ДНК стала менее плотно упакованной. Жизнеспособность клеток при этом не изменилась.
Теперь исследователи намерены определить, какие свойства приобретают участки ДНК после такой активации и какие белки способны выводить их из выключенного состояния. В дальнейшем планируется испытать другие белки-активаторы и получить клетки человека с генетическим материалом других организмов. Это позволит сравнить, одинаково ли человеческая клетка подавляет разные чужеродные последовательности и от чего зависит этот процесс.
Научный руководитель проекта, ведущий научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза ИЦиГ СО РАН Вениамин Фишман отметил, что большинство исследований генома проводится на человеке, мыши и других модельных организмах. При этом набор генетических последовательностей каждого отдельного вида ограничен, что ограничивает и возможности изучения различных вариантов работы ДНК.
«Если посмотреть на разнообразие последовательностей, которые есть у мыши или человека, это как одна звёздочка на бескрайнем небе», — подчеркнул он.
Гибридные клетки позволяют помещать в человеческую клеточную среду генетические последовательности, которых в норме там нет, и наблюдать, как они будут вести себя в новых условиях. Авторы работы считают, что такой подход может оказаться полезен и для обучения вычислительных моделей, которые анализируют геномные данные. Если модель обучается только на ограниченном наборе последовательностей, она может хуже работать с принципиально отличающимися вариантами.
«Мы показали, что, если направить активаторы в одно место сразу в большом количестве, ДНК комара активируется», – отметила сотрудник лаборатории геномных технологий для медицинской генетики ИЦиГ СО РАН Екатерина Глумова.
Работа посвящена одному из фундаментальных вопросов генетики — тому, как клетка определяет, какие участки ДНК должны работать, а какие оставаться выключенными. Для эксперимента исследователи использовали генетический материал очень далекого от человека вида: человек и комар эволюционно разошлись около 600 млн лет назад. Благодаря этому ученые могут наблюдать, как белки человеческой клетки взаимодействуют с последовательностями ДНК, которых обычно в ней нет.
Гибридные клетки получили методом соматической гибридизации. Клетки человека и комара сливали с помощью полиэтиленгликоля, после чего в человеческих клетках появлялись протяженные вставки ДНК комара, иногда сопоставимые по размеру с целой хромосомой. Анализ показал, что такие участки имели признаки неактивного хроматина и не транскрибировались, то есть клетка не использовала их для синтеза РНК.
Исследователи выбрали несколько участков вставленной ДНК и направили к ним белки-активаторы. Воздействия отдельных белков оказалось недостаточно, чтобы преодолеть неактивное состояние ДНК. Однако когда в одну точку направили сразу множество копий сильного активатора, фрагменты ДНК комара начали работать: в выбранном участке появились транскрипты, а сама ДНК стала менее плотно упакованной. Жизнеспособность клеток при этом не изменилась.
Теперь исследователи намерены определить, какие свойства приобретают участки ДНК после такой активации и какие белки способны выводить их из выключенного состояния. В дальнейшем планируется испытать другие белки-активаторы и получить клетки человека с генетическим материалом других организмов. Это позволит сравнить, одинаково ли человеческая клетка подавляет разные чужеродные последовательности и от чего зависит этот процесс.
Научный руководитель проекта, ведущий научный сотрудник сектора геномных механизмов онтогенеза ИЦиГ СО РАН Вениамин Фишман отметил, что большинство исследований генома проводится на человеке, мыши и других модельных организмах. При этом набор генетических последовательностей каждого отдельного вида ограничен, что ограничивает и возможности изучения различных вариантов работы ДНК.
«Если посмотреть на разнообразие последовательностей, которые есть у мыши или человека, это как одна звёздочка на бескрайнем небе», — подчеркнул он.
Гибридные клетки позволяют помещать в человеческую клеточную среду генетические последовательности, которых в норме там нет, и наблюдать, как они будут вести себя в новых условиях. Авторы работы считают, что такой подход может оказаться полезен и для обучения вычислительных моделей, которые анализируют геномные данные. Если модель обучается только на ограниченном наборе последовательностей, она может хуже работать с принципиально отличающимися вариантами.
