«ПЕРВЫЙ СРЕДИ РАВНЫХ...»
Нормативные документы
Противодействие коррупции
Поступающим
Студентам
Выпускникам
Проект 5-100
Аккредитация специалистов
03.04.2009

Разработан структурный подход к изучению ДНК

Ученые из Бостонского университета и Национального Института Здоровья в США (NIH) разработали новый метод обнаружения функциональных областей генома, основанный на изучении пространственной структуры ДНК. С помощью нового метода удалось показать, что геном человека содержит 12% консервативных последовательностей, а не 6%, как предполагалось ранее.

Как известно, участки генома человека, кодирующие белки, составляют около 2% всего генома, а оставшиеся 98% нуклеотидных последовательностей выполняют регуляторные функции. Организация некодирующей функциональной информации в геноме остается малоизученной.

Внимание ученых, работающих под руководством профессора Томаса Туллиуса (Thomas Tullius) из Бостонского университета, было сконцентрировано на поиске в некодирующей части генома тех его участков, которые выполняют ключевую роль в регуляции биологических процессов у человека.

Исследователи разработали метод, позволяющий сравнивать последовательности геномов человека и 36 видов млекопитающих (включая мышь, шимпанзе, слона и кролика), основанный на анализе информации о структуре ДНК.

Анализируя пространственную структуру ДНК, характерную для генома человека (а именно, формы, особенности строения малой и большой бороздок ДНК, углы поворота нуклеотидных оснований друг относительно друга), исследователи обнаружили, что геном человека содержит 12% консервативных последовательностей, а не 6%, как предполагалось ранее. К такому выводу они пришли на основании открытия того факта, что некоторые последовательности ДНК, отличающиеся порядком нуклеотидов, но имеющие при этом очень похожие топологические формы, могут обладать сходными функциями.

Исследователи также обнаружили, что топографически-информативные консервативные участки генома коррелируют с функциональными некодирующими элементами в большей степени, чем консервативные регионы, обнаруженные только с помощью анализа их нуклеотидных последовательностей.

По мнению профессора Туллиуса, занимающегося уже более 20 лет разработкой методов картирования структур генома человека, с помощью анализа трехмерных структур ДНК можно лучше понять биологию генома.

Молекулярный биолог, профессор из NHGRI Эллиотт Маргулис (Elliott Margulies), участвовавший в работе в качестве эксперта по анализу геномов различных видов, объясняет: «Белки, влияющие на биологические функции посредством связывания с ДНК, распознают больше, нежели просто последовательность нуклеотидов. Эти ДНК-связывающие белки опознают также поверхность молекулы ДНК и определяют ту ее конформацию, которая соответствовала бы форме белка как ключ замку».

В своей работе, опубликованной в журнале Science 12 марта 2009, ученые также выяснили, каким образом небольшие генетические изменения или вариации, известные как единичные нуклеотидные полиморфизмы (Single Nucleotide Polymorphisms - SNP), могут вызывать структурные нарушения, приводящие к болезни. Проанализировав SNP в 734 некодирующих последовательностях, ассоциированные с такими болезнями, как муковисцидоз, болезнь Альцгеймера и с заболеваниями сердца, они обнаружили, что ассоциированным с болезнями последовательностям соответствовало большее количество изменений в форме ДНК, чем не ассоциированным с заболеваниями аналогичным последовательностям SNP.

Прогресс последних лет в изучении функциональных элементов репрезентативной фракции генома человека послужил отправной точкой для начала новых исследований структур эволюционно консервативных последовательностей ДНК. Речь идет о программе ENCODE (ENCyclopedia of DNA Elements), поставившей под сомнение традиционный взгляд на геном человека как на совокупность независимых генов и обнаружившей в некодирующей области генома сложную сеть элементов регуляции и транскрипции, рассыпанных по геному, а также массу генов, кодирующих РНК.

По утверждению ученых, для предсказания функции участка генома, анализ ее последовательности не всегда является наиболее подходящим методом. Они обнаружили, что очень похожие последовательности ДНК могут обладать сильно различающимися топографическими формами, определяющими их функцию. С другой стороны, различные последовательности ДНК могут обладать подобными топографическими формами и выполнять похожие функции. Таким образом, во многих случаях с помощью анализа структуры ДНК можно более точно предсказать ее функцию, чем при изолированном изучении ее нуклеотидной последовательности.

В результате представленной работы впервые удалось определить локализацию многих типов функциональных элементов, их организацию, а также способы преобразования генома в РНК.


Многоуровневая топография хромосомы. Показана хромосома, переходящая последовательно в хроматин, 30-нм филамент, нуклеосомы, двойную спираль ДНК и в нуклеотидные основания, представляющие последовательность геномной ДНК (слева направо).

По материалам ScienceDaily

Комментарий переводчика. «Все новое – хорошо забытое старое»

О связи формы нуклеиновых кислот с их функциями известно уже давно. Например, молекулы тРНК, различающиеся нуклеотидными последовательностями, но одинаково организованные пространственно, узнают с помощью антикодона соответствующий кодон ДНК (ДНК-РНКовые взаимодействия), а другим доменом взаимодействуют с белками. Или
РНК-интерференция. А уж об узнавании белками определенных последовательностей ДНК известно с середины, если не раньше, прошлого века.

Пожалуй, восхищает только идея иного, «объемного» взгляда на хорошо известный факт - идея использования именно структуры ДНК в качестве основы для предсказания ее функции, а не только нуклеотидной последовательности.


Исходная статья: Cbio
Авторы:  Перевод Дарьи Червяковой