Новое исследование, в соавторстве с исследователем онкологического центра Университета Колорадо Шринивасом Рамачандраном, Ph.D., показывает, как сегменты ДНК, известные как энхансеры, функционируют в клетках.
В статье, опубликованной в прошлом месяце в Molecular Cell, освещена работа Рамачандрана, а также Сатьянараяна Рао из отдела биохимии и молекулярной генетики Медицинской школы Университета и Ками Ахмада из Центра исследования рака Фреда Хатчинсона.
Энхансеры – это последовательности ДНК, которые управляют экспрессией генов, специфичных для определенного типа клеток, переходными периодами развития и клеточными ответами на внешние раздражители. У них обычно есть несколько сайтов связывания для факторов транскрипции, которые представляют собой белки, которые помогают включать определенные гены "на" или "выключенный" путем связывания с близлежащей ДНК. Рамачандран хотел выяснить, какова роль этих множественных сайтов связывания в управлении функцией энхансера, и связываются ли факторы транскрипции с множественными сайтами энхансера случайным или скоординированным образом (что в биологии называется "сотрудничество").
"Думайте о двух местах связывания в усилителе как о двух стульях за столиком в кафе. Стулья могли занять посторонние. Они приходят и уходят из-за стола в случайное время, и любое их совпадение будет чисто случайным. Если в кафе появятся двое друзей, они будут проводить вместе за столом гораздо больше времени, чем случайные незнакомцы," он говорит.
"С биологической точки зрения влияние факторов транскрипции на энхансеры очень велико. Наше исходное предположение заключалось в том, что факторы транскрипции больше похожи на незнакомцев, чем на друзей в кафе. Мы хотели разработать методы, чтобы сначала измерить, есть ли какая-либо кооперативность, и, если мы ее обнаружили, затем спросить, как клетка может заставить факторы работать вместе."
Исследователи наблюдали процесс связывания в клетках плодовых мушек, разработав два метода, чтобы увидеть, связываются ли множественные транскрипционные клетки вместе или по отдельности в двух соседних сайтах связывания в энхансерах.
"Тогда мы могли бы сказать, чего они ждут от совместного времяпрепровождения?" Рамачандран говорит. "Если мы знаем, что один из них связан в 50% случаев, а другой – в 50% случаев, то мое ожидание отсутствия сотрудничества, умножая эти вероятности, состоит в том, что два из них вместе в 25% случаев просто случайно. Но если двое из них вместе 40% времени, это означает, что есть некоторая совместная работа. Что каким-то образом энхансер имеет условия, которые заставляют факторы транскрипции одновременно связываться."
Исследователи обнаружили, что до 60% наблюдаемых ими энхансеров имели по крайней мере одно скоординированное событие связывания, что означает, что факторы транскрипции включались и выключались вместе и работали вместе, чтобы включать и выключать гены. По его словам, если ученые смогут лучше понять, почему происходит этот процесс, они смогут лучше понять, как энхансеры взаимодействуют с такими заболеваниями, как рак.
"Это возвращает нас к тому, как эволюционировали энхансеры и как энхансеры функционируют," Рамачандран говорит. "Если вы думаете о раке, это клетки, которые меняют свою идентичность от нормальных клеток. Они пользуются преимуществами систем, которые существуют, но обычно заглушаются в клетках этого типа. Понимание того, как работают энхансеры, позволяет нам понять, как они используются, поскольку клетки меняют свою идентичность во время болезни."