Учёные нашли в «мусорной ДНК» регуляторы генов, связанных с болезнью Альцгеймера

Учёные из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее обнаружили в так называемой «мусорной ДНК» скрытые переключатели, которые регулируют гены, связанные с болезнью Альцгеймера. Это открытие превращает огромные участки некодирующей ДНК в ценную карту для понимания заболеваний мозга.

Учёные обнаружили скрытые переключатели ДНК в клетках мозга, которые регулируют гены, связанные с болезнью Альцгеймера. Это открытие превращает обширные участки «мусорной ДНК» в ценную карту для понимания нарушений мозга. Источник: Shutterstock

Гены составляют лишь около 2% нашего генома. Остальные 98% — это некодирующая ДНК, которая долгое время считалась «мусорной», но содержит важные регуляторные элементы.

Исследователи сосредоточились на астроцитах — клетках мозга, которые поддерживают нейроны и играют роль в развитии болезни Альцгеймера. В исследовании, опубликованном 18 декабря в журнале Nature Neuroscience, команда протестировала почти 1000 потенциальных регуляторных элементов (энхансеров) в лабораторно выращенных человеческих астроцитах.

Для этого они использовали комбинацию метода CRISPRi, который может «выключать» участки ДНК, и секвенирования РНК отдельных клеток. Это позволило в одном крупномасштабном эксперименте проверить влияние почти тысячи энхансеров.

Мы использовали CRISPRi, чтобы отключить потенциальные энхансеры в астроцитах и посмотреть, изменится ли экспрессия генов, — говорит ведущий автор доктор Николь Грин. — Примерно для 150 из протестированных энхансеров это сработало. Примечательно, что значительная часть этих функциональных энхансеров контролировала гены, связанные с болезнью Альцгеймера.

Сокращение списка с 1000 кандидатов до 150 подтверждённых переключателей значительно сужает область поиска генетических ключей к болезни Альцгеймера в некодирующем геноме.

Профессор Ирина Войнеагу, руководившая исследованием, отмечает, что результаты также создают полезный каталог для интерпретации других генетических исследований болезней, от гипертонии до нейродегенеративных расстройств.

Мы ещё не говорим о терапиях. Но их нельзя разработать, не поняв сначала принципиальную схему. Именно это нам и даёт исследование — более глубокое понимание схемы контроля генов в астроцитах, — говорит профессор Войнеагу.

Полученные данные также имеют значение для искусственного интеллекта. Тщательно собранный экспериментальный набор данных теперь можно использовать для обучения компьютерных моделей, которые будут предсказывать, какие участки ДНК являются настоящими генными переключателями. Это может сэкономить годы лабораторной работы. Команда Google DeepMind уже использует этот набор данных для тестирования своей новой модели глубокого обучения AlphaGenome.

Поскольку многие энхансеры активны только в определённых типах клеток, их таргетирование в будущем может открыть путь к точной настройке экспрессии генов, например, только в астроцитах, не затрагивая нейроны. Это может стать основой для новых подходов в генной терапии и прецизионной медицине.

Источник: University of New South Wales / Nature Neuroscience.