Хотя слово «случайный» применительно к науке часто имеет отрицательную коннотацию, внесение случайных изменений в ген и наблюдение за последствиями чрезвычайно информативно. Группа ученых под руководством Г. Финдли, используя новейшие технологии редактирования генома, занимается одним из фундаментальных вопросов: какие участки генов действительно функциональны?

То, что мы, люди, представляем собой, определяется как последовательностью ДНК, так и факторами окружающей среды; как природными данными, так и воспитанием. ДНК человека содержит примерно 6,5 млрд пар оснований, «букв», которыми записан генетический код. Это количество больше, чем количество букв в 5 тыс. копиях «Улисса» Дж. Джойса. ДНК любых двух человек имеет примерно одно отличие на каждую тысячу пар оснований. Некоторые из этих различий существенны – например, те, которые отвечают за непереносимость молока некоторыми взрослыми людьми; другие дают небольшой вклад в фенотип – например, могут определить разницу в росте на полсантиметра, а какие-то вовсе не заметны.

Если «прочитать» последовательность ДНК (секвенировать ее) достаточно легко, то понять значение небольших индивидуальных различий гораздо труднее, чем читать Джойса: генетический «текст» зачастую «написан» на совершенно непонятном языке. Имеющиеся знания о том, что происходит в клетке на следующем уровне сложности – уровне молекул РНК и белков – пока поверхностны, за некоторыми исключениями. Решение проблемы кажется простым: нужно внести какие-либо изменения в ген и посмотреть, что получится. Такой подход технически стал возможным лишь недавно, после изобретения инструментов редактирования генома: сначала zinc-finger нуклеаз, а затем методов TALENs и CRISPR.

Ученые под руководством Финдли сначала сосредоточились на исследованиях гена DBR1, функция которого жизненно важна для выживания клетки. На последовательности из 75 нуклеотидов этого гена была сделана каждая возможная мутация. В результате получился пул клеток, имеющих чуть разные последовательности ДНК подобно тому, как предложения могут различаться одной типографской ошибкой:

The naming of cats is a difficult matter (Именование кошек – дело трудное)

The taming of cats is a difficult matter (Приручение кошек – дело трудное)

The naming on cats is a difficult matter (Предложение теряет смысл)

Далее, чтобы определить, какие изменения полезны (или нейтральны) для клетки, а какие вредны, ученые несколько дней культивировали созданный ими пул клеток и обнаружили, что популяция за эти дни серьезно изменилась. Произошел естественный отбор на клеточном уровне. Клетки, которые приобрели мутацию, неудачную для функционирования гена, быстро умерли, а клетки с более «доброкачественной» ошибкой – выжили. Такой эксперимент позволяет узнать, какой именно участок гена делает важный вклад в работу соответствующего белка.

Подобным же способом, систематически анализируя вклад каждого нуклеотида, ученые исследовали, какие генетические сигналы определяют прохождение процесса сплайсинга. Сплайсинг – это модификация первичного продукта транскрипции гена до функциональной мРНК, вырезание из первичного транскрипта интронов – некодирующих участков ДНК и сшивка между собой кодирующих участков – экзонов. Предметом исследования был ген BRCA1, известный тем, что мутации BRCA1 и «неправильный» сплайсинг РНК этого гена ассоциированы с высоким риском рака молочной железы. Серьезная проблема для женщин, имеющих мутацию в BRCA1, - это определение риска возникновения рака в случае каждой конкретной мутации, и подход Финдли может использоваться для решения этой задачи, для определения того, какие именно мутации BRCA1 наиболее опасны.

Подробнее о редактировании генома читайте в статье 
«Редакторы геномов». От «цинковых пальцев» до CRISPR (В.В. Власов, С.П. Медведев, С.М. Закиян)

 

Источник: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13659.html

Подготовила Мария Перепечаева

Журнал "НАУКА ИЗ ПЕРВЫХ РУК"