Метилирование ДНК необходимо для надлежащего контроля экспрессии генов и идентичности клеток — что позволяет клеткам с одним и тем же генетическим материалом становиться, например, нервной клеткой, мышечной клеткой или клеткой кожи. Некоторые заболевания, включая рак, связаны с изменениями в паттернах метилирования ДНК, и возможность документировать эти изменения помогает в разработке новых методов лечения.«Метилирование действительно играет ключевую роль в развитии, болезнях и раке», — говорит член-основатель Whitehead Рудольф Яениш, который также является профессором биологии в Массачусетском технологическом институте. «Этот репортер — очень важный инструмент. Мы считаем, что он позволит нам очень подробно изучить такие вопросы, как импринтинг во время разработки и скрининг на активацию генов, замалчиваемых при таких заболеваниях, как рак.
Этот метод позволит нам увидеть, какое лекарство активирует данный ген ".Клетки человека полагаются на тот же набор генов, что и инструкции по производству белка. Различия между мышечной клеткой и клеткой мозга объясняются различиями в экспрессии генов; то есть, какие гены включены и выключены.
Метилирование ДНК — добавление метильных групп к ДНК — это эпигенетический механизм, контролирующий экспрессию генов. В большинстве случаев метилированные гены выключены, в то время как неметилированные гены активны.На сегодняшний день ученым удалось изучить метилирование в популяции клеток, сделав «снимок» нескольких клеток — процесс, который разрушает сами исследуемые клетки. Поскольку большинство клеточных популяций in vivo неоднородны, а метилирование может меняться со временем, существующие подходы не позволяют лучше понять этот фундаментальный биологический контроль.
Создание системы, которая динамически визуализирует метилирование на уровне отдельной клетки, заинтриговало Йонатана Стельцера, научного сотрудника лаборатории Яениша. Работая с аспирантом Чикду Шивалила, Стелцер синтезировал репортер метилирования ДНК, который отражает метилирование близлежащей области.
Когда целевая область неметилирована, репортер также неметилирован, что позволяет экспрессировать светящийся белок, кодируемый репортером. Этот белок освещает клетку. Когда мишень метилирована, то же самое происходит и с репортером, и светящийся белок остается невыраженным, оставляя клетку неосвещенной.
По мере изменения метилирования целевой области меняется и репортерное.Стельцер и Шивалила описывают свою работу в выпуске журнала Cell за эту неделю.
«Фармацевтические компании были заинтересованы в манипулировании метилированием при заболеваниях», — говорит Стельцер. «Теперь, когда у нас есть репортер метилирования, они могут проверять небольшие молекулы или гены, которые могут изменять фенотип клетки. Например, они могут искать лекарство, которое могло бы изменить гиперметилирование, связанное с определенным раком».Используя этот метод, ученые должны гораздо больше узнать о самом метилировании.«Это открывает совершенно новую область исследований», — говорит Шивалила. «Вы можете использовать его, чтобы ответить на все эти вопросы о метилировании, которые совершенно неизвестны, в том числе о том, как метилирование регулирует транскрипцию генов и паттерны экспрессии в клетках.
Это очень интересно».