Ученые впервые составили карту сворачивания ДНК с разрешением в одну пару оснований

Детальная карта генома с разрешением в один пиксель на нуклеотид. Автор: Radcliffe Department of Medicine

Ученые из Оксфордского отделения медицины Рэдклиффа достигли самого детального на сегодняшний день представления о том, как ДНК сворачивается и функционирует внутри живых клеток, раскрыв физические структуры, которые контролируют, когда и как гены включаются.

Используя новую технику под названием MCC ultra, команда отобразила человеческий геном вплоть до одной пары оснований, раскрыв механизмы контроля генов — то, как организм решает, какие гены и когда включать или выключать в нужных клетках. Этот прорыв дает ученым мощный новый инструмент для понимания того, как генетические различия приводят к болезням, и открывает новые пути для разработки лекарств.

«Впервые мы можем увидеть, как управляющие «переключатели» генома физически расположены внутри клеток», — заявил профессор Джеймс Дэвис, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Cell под названием «Картирование структуры хроматина с разрешением пары оснований раскрывает унифицированную модель взаимодействий цис-регуляторных элементов».

«Это меняет наше понимание того, как работают гены и что идет не так при заболевании. Теперь мы можем видеть, как изменения в сложной структуре ДНК приводят к таким состояниям, как болезни сердца, аутоиммунные расстройства и рак».

Более двух десятилетий ученым известна полная последовательность человеческого генома — 3 миллиарда «букв» ДНК, составляющих наш генетический код. Но то, как именно этот код сворачивается и функционирует внутри клетки, до сих пор оставалось в значительной степени скрытым.

ДНК каждой клетки длиной около 2 метров плотно упакована в микроскопическое пространство размером в одну сотую миллиметра. Внутри этого пространства ДНК постоянно изгибается и образует петли, сближая удаленные участки. Эти трехмерные структуры крайне важны, поскольку они определяют, какие гены активны, а какие «молчат», подобно тому, как печатная плата определяет, какие переключатели соединены, а какие нет.

До сих пор исследователи могли наблюдать эти взаимодействия лишь с относительно низким разрешением. Новый оксфордский метод фиксирует их вплоть до одной пары оснований — наименьшей единицы ДНК — предлагая по-настоящему молекулярный взгляд на контроль генов.

Такой уровень детализации важен, потому что более 90% генетических изменений, связанных с распространенными заболеваниями, находятся не в самих генах, а в «переключающих» регионах, которые их регулируют. Возможность увидеть, как организованы эти переключатели, дает ученым новую основу для определения того, где регуляция генов нарушается и как это можно исправить.

«Теперь у нас есть инструмент, который позволяет нам изучать, как контролируются гены, с исключительной детализацией», — сказал Ханпэн Ли, аспирант, руководивший экспериментальной работой. «Это критически важный шаг на пути к пониманию того, что идет не так при болезни и что можно сделать для исправления».

Автор: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.10.013

Команда из Оксфорда также сотрудничала с профессором Росаной Коллепардо-Гевара из Кембриджского университета, чьи компьютерные симуляции подтвердили, что наблюдаемые паттерны сворачивания естественным образом возникают из физических свойств ДНК и ее упаковочных белков.

Вместе ученые предложили новую модель регуляции генов, согласно которой клетки используют электромагнитные силы, чтобы выводить управляющие последовательности ДНК на поверхность, где они группируются в «островки» генной активности. Эти структуры, ранее невидимые, по-видимому, являются фундаментальным механизмом того, как клетки считывают свои генетические инструкции.

Исследование представляет собой крупный прорыв в молекулярной генетике, закладывая основу для будущих исследований того, как изменения в структуре генома вызывают заболевания.

ИИ: Это фундаментальное открытие, которое приближает нас к пониманию «второго кода» жизни — не просто последовательности генов, но и их пространственной организации. В перспективе это может привести к созданию принципиально новых классов терапии, нацеленных не на сами гены, а на механизмы их включения и выключения.