Въпреки че човешкият геном съдържа около 23 000 гена, само малка част от тях са включени в клетката във всеки един момент. Сложната мрежа от регулаторни елементи, която контролира генната експресия, включва области от генома, наречени енхансери. Те често са разположени далеч от гените, които регулират.

Това разстояние може да затрудни картографирането на сложните взаимодействия между гените и енхансерите. За да преодолеят това, изследователите от Масачузетския технологичен институт (MIT) са изобретили нова техника, която им позволява да наблюдават времето на активиране на гените и енхансерите в клетката. Когато даден ген се включва по едно и също време с определен енхансер, това навежда на мисълта, че енхансерът контролира този ген.

Научаването на повече за това кои усилватели контролират кои гени в различни видове клетки може да помогне на изследователите да идентифицират потенциални цели за лекарства за генетични заболявания. Геномните изследвания са идентифицирали мутации в много некодиращи белтъци региони, които са свързани с различни заболявания. Възможно ли е това да са неизвестни енхансери?

"Когато хората започнат да използват генетични технологии, за да идентифицират региони от хромозоми, които имат информация за заболявания, повечето от тези места не съответстват на гени. Подозираме, че те съответстват на тези усилватели, които могат да бъдат доста отдалечени от промотора, така че е много важно да можем да идентифицираме тези усилватели", казва Филип Шарп, почетен професор и член на Института Кох за интегративни изследвания на рака на Масачузетския технологичен институт.

По-малко от 2% от човешкия геном се състои от гени, кодиращи протеини. Останалата част от генома включва много елементи, които контролират кога и как се експресират тези гени. Енхансерите, за които се смята, че включват гените, като влизат във физически контакт с промоторните области на гените чрез преходно образуване на комплекс, са открити преди около 45 години.

Неотдавна, през 2010 г., изследователите откриха, че тези енхансери се транскрибират в молекули РНК, известни като енхансер РНК или еРНК. Учените подозират, че тази транскрипция се случва, когато енхансерите активно взаимодействат с целевите си гени. Това породи възможността измерването на нивата на транскрипция на еРНК да помогне на изследователите да определят кога даден енхансер е активен, както и към кои гени е насочен.

"Тази информация е изключително важна за разбирането на начина, по който протича развитието, и за разбирането на това как раковите заболявания променят регулаторните си програми и активират процеси, които водят до дедиференциация и метастатичен растеж", казва Махат.

Този вид картографиране обаче се оказва труден за извършване, тъй като еРНК се произвежда в много малки количества и не се задържа дълго в клетката. Освен това в еРНК липсва модификация, известна като поли-А опашка, която е "куката", използвана от повечето техники за извличане на РНК от клетката.

Един от начините за улавяне на еРНК е да се добави нуклеотид в клетките, който спира транскрипцията, когато се включи в РНК. Тези нуклеотиди съдържат и етикет, наречен биотин, който може да се използва за извличане на РНК от клетката. Тази техника обаче работи само върху големи групи клетки и не дава информация за отделните клетки.

Научаването на това кои енхансери контролират кои гени ще се окаже ценно при разработването на нови лечения на заболявания с генетична основа. Миналата година Американската администрация по храните и лекарствата одобри първото лечение с генна терапия за сърповидноклетъчна анемия, което действа чрез намеса в усилвател, който води до активиране на гена на феталния глобин, намалявайки производството на сърповидноклетъчни кръвни клетки.

Екипът на Масачузетския технологичен институт сега прилага този подход към други видове клетки, като се фокусира върху автоимунните заболявания. В сътрудничество с изследователи от детската болница в Бостън те проучват мутации на имунни клетки, свързани с лупус, много от които се намират в некодиращи области на генома.

Снимка: Unsplash

Виж още: Time ще захрани лакомията за човешко знание на OpenAI със 101 години журналистика