Биологи обнаружили альтернативные системы контроля генов в клетках

Исследователи из Школы биологических наук Гонконгского университета выяснили, как эукариотические клетки могут контролировать активность генов, даже потеряв в ходе эволюции одну из основных регуляторных систем. Изучая микроскопического почвенного круглого червя C. elegans, команда обнаружила, как альтернативный, консервативный эпигенетический механизм может взять на себя функции утраченного.

Работа, опубликованная в Nature Communications, даёт новое представление о том, как регуляция генов адаптируется в ходе эволюции. Это может помочь учёным лучше понять механизмы заболеваний, связанных с масштабным нарушением работы генов, таких как рак, неврологические расстройства и аутоиммунные болезни.

Один из распространённых способов контроля активности генов — метилирование ДНК, когда к цитозину добавляется химическая метка (метилгруппа), сигнализирующая о «выключении» определённых генов. Однако некоторые организмы, включая C. elegans, в ходе эволюции многократно теряли эту систему.

Учёные под руководством профессоров Карен Винг И Юэн и Чаогу Чжэна показали, что в отсутствие метилирования ДНК клетки переключаются на альтернативный эпигенетический механизм. Вместо химических меток на ДНК они используют различные модификации гистонов — белков, вокруг которых упакована ДНК.

Исследователи сфокусировались на белке MBD-2, который у многих животных распознаёт метилированную ДНК. Несмотря на то что у C. elegans нет метилирования ДНК, его версия MBD-2 остаётся жизненно важной. Оказалось, что у червя этот белок локализуется в генах, ассоциируясь с репрессивными гистоновыми метками, в частности с H3K27me3, которая связана с подавлением генов.

Удаление MBD-2 приводило к бесплодию червей и серьёзным физическим дефектам, а большое количество генов выходило из-под контроля. Это демонстрирует, что MBD-2 остаётся ключевым регулятором даже без метилирования ДНК.

«Это исследование на C. elegans демонстрирует, с одной стороны, функциональную сохранность регуляторного комплекса NuRD, а с другой — пластичность и адаптивность эпигенетических механизмов у эукариот», — заявила профессор Карен Юэн.

Понимание того, как разные эпигенетические механизмы могут компенсировать друг друга, может способствовать разработке новых терапевтических подходов для лечения заболеваний, связанных с нарушениями метилирования ДНК.