Главная / Медновости / Эпигенетика: биологи и инженеры штурмуют очередные рубежи

Эпигенетика: биологи и инженеры штурмуют очередные рубежи

Г руппа биологов и инженеров из Принстонского университета значительно увеличила скорость и точность измерения загадочного набора белков, которые влияют почти на каждый аспект жизнедеятельности клеток и тканей. Новый метод предлагает долгожданный инструмент для изучения стволовых клеток, рака и других проблем, имеющих основополагающее значение для биологии и медицины.

Исследование дает ученым беспрецедентную возможность изучить специальный класс белков, называемых гистонами, входящих в состав каждой хромосомы и контролирующих выполнение инструкций, заложенных в ДНК. Несмотря на быстрый прогресс в понимании информации, закодированной в ДНК и генах, ученые пока значительно меньше разбираются в так называемом «гистоновом коде», который определяет, почему один и тот же ген по-разному проявляет себя в разных клетках.

«Мы применили принципиально новый подход к изучению области, где в течение последних 15 лет использовались одни и те же методы», - говорит Бенжамин Гарсия (Benjamin Garcia), доцент кафедры молекулярной биологии, ответственный за экспериментальную часть исследования.

Новая методика в 100 раз уменьшает время, необходимое для анализа гистонов. При этом требуется гораздо меньше образцов генетического материала, и достигаются гораздо более точные результаты, чем при использовании ранее существовавших методов.

Исследователи опубликовали свои результаты в октябрьском номере журнала Molecular & Cellular Proteomics. Вторая статья, детализирующая компьютерную часть исследования, появилась в ноябрьском номере того же журнала.

Несмотря на то, что ДНК всех клеток идентична, клетки нашего тела отличаются друг от друга – клетка почки выглядит и функционирует совсем не так, как нейрон. Такая специализация становится возможной благодаря набору инструкций, хранящихся вне генов и ДНК, а именно благодаря эпигенетической информации, которая позволяет каждой клетке выполнять свои функции. Ключевыми игроками в этом процессе выступают гистоны, очень маленькие белковые веретена, на которые накручиваются молекулы ДНК, в результате чего формируются хромосомы.

Ученые давно знают, что гистоны имеют разнообразные химические «украшения» - небольшие молекулы в разных местах по всей длине гистона. Тип и локализация таких «добавок» регулируют близлежащие гены. Известно, что одиночные модификации «включают» или «выключают» гены, но что происходит, когда возникают комбинации множественных модификаций – «гистоновый код» - остается тайной.

«Понимание этого феномена и возможность контролировать его с большой точностью будут иметь революционное значение для медицины», - говорит доктор Янг (Young).

Отличить одну форму модификации гистона от другой сложно, так как несколько комбинаций различных модификаций могут иметь почти одинаковую массу. Действительно, при проведении обычных экспериментов два гистона с совершенно различными функциями могут казаться одинаковыми, если у них одинаковый набор модификаций, но с разной их локализацией в молекуле. До сих пор попытки выявить такие небольшие отличия были чрезвычайно сложны и требовали большого количества времени. «Теперь мы разработали первые практические методы для решения этой задачи», - говорит Янг.

Для разделения таких вариантов гистонов команда из Принстона использовала физические, химические и математические методы. Сначала они пропускали смесь различных гистонов через очень тонкую длинную трубу нержавеющую aisi 304, содержащую специально разработанный материал, который заставляет различные формы гистонов выходить из трубки через разные промежутки времени, в общей сложности за 2-3 часа. Затем исследователи бомбардировали отдельные молекулы ионами, чтобы разорвать их на части, и для повышения скорости анализа отправляли поток данных в компьютер.

«Мы можем получить несколько тысяч наборов таких измерений в течение одного эксперимента», - говорит Питер ДиМаджио (Peter DiMaggio).

Когда кажущиеся одинаковыми гистоны разбиты на маленькие фрагменты, различия в локализации модификаций становятся более очевидными. Компьютерный алгоритм, основанный на интегральной линейной оптимизации, постоянно сравнивает все фрагменты до тех пор, пока не выдаст высокоточный список модификаций и их локализаций.

«Видеть разделение почти одинаковых гистонов и идентифицировать их качественно и количественно с высокой степенью достоверности – это очень интересно», - говорит Янг. Он также добавляет, что из многих миллионов комбинаций модификаций только несколько сотен, возможно, действительно присутствуют в реальных человеческих клетках. Из этого наблюдения следует, что комбинации этих относительно немногих модификаций формируют код, который теперь может быть расшифрован.

Следующим шагом в исследованиях будет соотнесение определенных стандартных наборов модификаций с наблюдаемыми изменениями в клетках. Например, если нормальные клетки трансформируются в раковые, ученые смогут отследить соответствующие изменения в гистонах. Таким же образом они смогут идентифицировать конкретные гистоновые коды, необходимые стволовым клеткам для того, чтобы превратиться в специфические клетки определенных тканей, такие как нервные или инсулин-продуцирующие. Понимание и потенциальная возможность перепрограммирования этих процессов могут иметь большое значение для регенеративной медицины, лечения рака и других болезней.

В качестве первого шага ученые из Принстона сотрудничают с биологами из университета Калифорнии – Лос-Анджелес (University of California- Los Angeles). Они определяют гистоновые коды, относящиеся к поведению стволовых клеток. «Мы показали, что можем определять модифицированные формы гистонов, но впереди еще очень много работы», - говорит Гарсия. Если вы обнаружили ошибки в тексте или неточности — сообщите. Все материалы, опубликованные на страницах «Ветеринарная клиника» (www.akpartner.ru), могут быть воспроизведены в любых средствах массовой коммуникации со ссылкой на «Ветеринарная клиника». Все права на материалы опубликованные на сайте www.akpartner.ru, являются интеллектуальной собственностью и охраняются в соответствии с законодательством. Все материалы на сайте предназначены для пользователей старше 16 лет. 14.05.2014

От thodwyn
Поделиться в соцсетях: Bookmark and Share

Комментариев пока нет


Редакция не несет ответственности за мнения, высказанные в комментариях читателей.

  Максимальное количество символов: 1200


СВЕЖИЕ НОВОСТИ

Медицина 14.05.2014

Нагревая почки, можно избавиться от проблем с сердцем

Нагревая почки можно избавиться от проблем с сердцем. Когда зонд введен, он начинает испускать радиочастотные волны, нагревающие область примерно на 20 градусов. Исследования животных показали: именно почки сигнализируют организму перейти в данный режим работы.
Медицина 14.05.2014

От анорексии в Израиле будут спасать принудительно

От анорексии в Израиле будут спасать принудительно. Некоторые люди, страдающие от анорексии, весят всего 30 кг, утверждая при этом, что у них явно "избыточный вес". В среднем по Израилю за год 35 человек (в основном женщин и девочек) умирают от анорексии.
Медицина 14.05.2014

Испанским ученым удалось успешно имплантировать микрочипы внутрь живой клетки человека

Японским ученым из стволовых клеток удалось вырастить мышь. Более 90 процентов живых человеческих клеток Hela, получивших инъекцию кремниевого микрочипа, выжили спустя неделю времени, прошедшую с момента инъекции.
Медицина 14.05.2014

Детей без прививок пустят в сады

Украинских детей без прививок не пустят в школы и сады. Напомним, что обязательными являются прививки от туберкулеза, полиомиелита, кори, краснухи, дифтерии, коклюша и т.д. Педиатры же считают, что нам еще рано копировать Европу. «Там прививают в обязательном порядке.
Медицина 14.05.2014

Смородина

А железа в ягодах гораздо больше, чем в плодах цитрусовых, винограда, крыжовника, сливы, яблони, абрикосов и других культур. Среди других плодово-ягодных культур черная смородина выделяется повышенным содержанием калия (более 370 мг%).
Медицина 11.05.2014

Школа выживания в лесу от американских рейнджеров

Средняя продолжительность жизни пациентов на поздних стадиях меланомы составляет лишь 9 месяцев с момента постановки диагноза. Как сообщает MSNBC, все девочки, у которых появились тики и заикание, учатся в средней школе города Ле-Рой, штат Нью-Йорк.

Код для вставки в блог: