Ученые Института биологии гена (ИБГ) РАН разработали новый метод изучения компартментов — структур в ДНК, которые изменяются при старении и некоторых заболеваниях. Созданный учеными пентадный анализ позволит получить «усредненный портрет» компартментов и изучить пространственные взаимодействия в ДНК как внутри отдельных хромосом, так и в масштабе всего ядра. На сегодняшний день это единственный инструмент с подобным набором функций.

Общая длина ДНК в одной клетке человека — около двух метров. При этом она помещается внутри ядра клетки, диаметр которого в 300 тысяч раз меньше ее длины. Это оказывается возможным благодаря тому, что ДНК образует разнообразные трехмерные структуры.

Один из типов этих структур — компартменты. Они образуются за счет того, что в пространстве ядра друг с другом сближаются участки генома, обладающие схожим уровнем активности генов. Структура компартментов меняется в ответ на изменение внешних условий (например, концентрации некоторых ионов в ответ на стимуляцию гормонами) при созревании клеток для выполнения конкретных функций в организме, старении и некоторых заболеваниях (в частности, при развитии раковых опухолей, таких как лимфомы). По этой причине исследование механизмов образования компартментов — одна из важных задач трехмерной геномики, раздела молекулярной биологии, исследующего регуляцию работы наших генов с точки зрения их расположения в клеточном ядре.

В лаборатории члена-корреспондента РАН, доктора биологических наук, профессора Сергея Разина был разработан принципиально новый биоинформатический метод для изучения структуры компартментов — пентадный анализ. Он позволяет получить «усредненный портрет» компартментов, образующихся между участками хромосом, расположенными на заданном расстоянии друг от друга. Это позволяет количественно и качественно анализировать пространственные взаимодействия в ДНК как внутри отдельных хромосом, так и в масштабе всего ядра. На сегодняшний день это единственный инструмент с подобным набором функций.

«Современная молекулярная биология немыслима без использования сложных математических методов обработки экспериментальных данных. Зачастую приходится „изобретать” новый метод обработки под конкретную решаемую задачу, так было и в нашем случае. Мы столкнулись с тем, что существующего инструментария было недостаточно, и мы совместно с коллегами разработали пентадный анализ, который позволил нам более детально исследовать структуру хроматина. Сейчас мы используем этот алгоритм в нескольких наших проектах, и уверены, что он окажется востребован и другими лабораториями. В том числе и при исследовании эпигенетических лекарств, которые напрямую могут менять пространственную структуру генома», — пояснил Сергей Разин.

Научная статья опубликована в одном из зарубежных журналов. Исследование было поддержано РНФ, РФФИ и Школой «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология» (МГУ имени М. В. Ломоносова).

Источник: Минобрнауки России.