Новое исследование раскрывает механизм распознавания ДНК белками, контролирующими экспрессию генов

Джулия Шепе, первый автор исследования и аспирант лаборатории Гринлиф в Стэнфордском университете, проводит измерения связывания транскрипционного фактора с ДНК с помощью микроскопа для высокопроизводительных экспериментов in vitro. Фото: Стэнфордский университет.

Новое исследование, опубликованное в журнале Cell, позволило ученым из Стэнфордского университета и Стокгольмского университета расширить знания о регуляции генов в человеческих клетках.

То, как гены включаются и выключаются, имеет решающее значение для того, чтобы клетки организма выполняли различные функции. В этом процессе определенные белки, так называемые транскрипционные факторы, находят и распознают различные участки связывания на ДНК в клетках организма, чтобы запускать сигналы включения или выключения. Когда это распознавание происходит неправильно, это может привести ко многим различным типам заболеваний, таким как рак.

Новые данные о KLF1 и красных кровяных тельцах

Группа исследователей из Стэнфордского университета и Стокгольмского университета детально изучила, как работает распознавание ДНК для одного ключевого транскрипционного фактора. Этот конкретный белок, известный как KLF1, необходим для развития красных кровяных телец, которые переносят кислород по всему телу. В этом исследовании они разработали новые экспериментальные методы для более точного измерения того, как KLF1 взаимодействует с ДНК как в пробирках, так и в человеческих клетках.

«Самый важный результат заключается в том, что мы показываем, что можно понять связывание между этим транскрипционным фактором и ДНК в человеческих клетках, и что это поведение согласуется с тем, что мы измеряем в пробирках. Это важное открытие в фундаментальной науке», — говорит Эмиль Марклунд, доцент кафедры биохимии и биофизики в Стокгольмском университете и SciLifeLab, который участвовал в исследовании.

Графическая аннотация. Автор: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.11.008

Последствия для заболеваний и регуляции генов

Связывание транскрипционного фактора с ДНК контролирует многое в биологии и заставляет клетки организма иметь разные функции, поясняет Марклунд. «Именно этот процесс контролирует, например, то, что нервная клетка в мозге имеет другую экспрессию генов, чем клетка иммунной системы.

Когда связывание идет неправильно, это может привести к огромному количеству различных типов заболеваний. Генетические исследования показывают, что более половины всех мутаций, связанных с такими признаками, как генетические заболевания, происходят в регионах последовательности ДНК, где связываются транскрипционные факторы».

Широкие последствия и будущие направления

Джулия Шепе, первый автор исследования и аспирант лаборатории Гринлиф в Стэнфордском университете, подчеркивает широкие последствия понимания того, как транскрипционные факторы считывают ДНК. «Мы обнаружили, что этот транскрипционный фактор обращает внимание на гораздо большую часть последовательности ДНК, окружающей его участки связывания, чем считалось ранее.

Комбинируя точные измерения как в пробирках, так и в человеческих клетках с физическими моделями, мы смогли построить более полную картину того, как работает распознавание ДНК и, следовательно, как регуляция генов закодирована в ДНК».

Дополнительная информация: Julia M. Schaepe et al, Thermodynamic principles link in vitro transcription factor affinities to single-molecule chromatin states in cells, Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.11.008

Источник: Stockholm University