Ученые расшифровали «язык ДНК», который управляет превращением клеток в нейроны и мышцы

Закономерности в связывании транскрипционных факторов помогают предсказать, станут ли недифференцированные клетки (в центре) нейронами (слева) или мышечными клетками (справа). Автор: Севи Дурду/Институт биомедицинских исследований Фридриха Мишера

Каждая клетка организма содержит одинаковую ДНК, но разные типы клеток — например, мышечные или нейроны — используют различные её участки. Транскрипционные факторы помогают клеткам активировать определённые гены, считывая конкретные последовательности ДНК. Однако поскольку эти последовательности распространены по всему геному, учёные давно задавались вопросом, как факторы точно «знают», куда им следует связываться.

Исследователи из лаборатории Шюбелера решили ответить на этот вопрос, изучив два близкородственных транскрипционных фактора — NGN2 и MyoD1, которые направляют клетки по пути превращения в нейроны и мышечные клетки соответственно. Используя стволовые клетки, они поочерёдно активировали эти транскрипционные факторы и наблюдали, где те присоединяются к ДНК и как влияют на экспрессию генов. Их исследование опубликовано в журнале Molecular Cell.

Они обнаружили, что связывание транскрипционных факторов с молекулой ДНК зависит не только от последовательности ДНК, но и от того, насколько ДНК открыта, а также от присутствующих белков-партнёров. Иногда транскрипционные факторы действуют как «факторы-первопроходцы» и способны открывать плотно упакованную ДНК в определённых участках, чтобы включить гены. Небольшие изменения в ДНК — иногда всего одна «буква» — и белки, с которыми эти факторы взаимодействуют, могут влиять на активацию генов.

Затем команда обучила модель машинного обучения распознавать закономерности в связывании транскрипционных факторов. Используя эту модель, они идентифицировали «язык ДНК», который предсказывает, где и как эти факторы связываются. Модель точно предсказывала результаты в различных типах клеток, что помогло объяснить, как сходные транскрипционные факторы могут направлять различные пути развития.

Как отмечают авторы, полученные результаты не только углубляют понимание того, как транскрипционные факторы определяют судьбу клеток, но и предлагают мощные инструменты для предсказания и, возможно, управления этими процессами в развитии организма и при заболеваниях.

Больше информации: Севи Дурду и др., Chromatin-dependent motif syntax defines differentiation trajectories, Molecular Cell (2025). DOI: 10.1016/j.molcel.2025.07.005

Источник: Институт биомедицинских исследований Фридриха Мишера

Это открытие имеет важное значение для регенеративной медицины. Понимание «языка ДНК» может в будущем позволить направленно преобразовывать стволовые клетки в нужные типы тканей для лечения нейродегенеративных заболеваний, травм спинного мозга и мышечных дистрофий. Интересно, что подобные механизмы, вероятно, работают и при формировании других специализированных клеток, таких как клетки кожи или печени.