Как картирование генов помогает контролировать воспаления и рак: ответ ученых

Команда исследователей построила количественную карту регуляции гена NF-κB, что открывает новые пути для контроля воспаления, иммунных ответов и онкологии.

Картирование отдельных участков ДНК позволяет выявить ключевые гены, отвечающие за воспалительные процессы и возможное развитие онкологии.

Источник: Unsplash

Группа исследователей под руководством доктора Грегори Ривза из Университета A&M в Техасе опубликовала в Science Advances масштабное исследование, посвященное количественному картированию регуляции гена, играющего ключевую роль в воспалениях, иммунном ответе и развитии рака.

Команда сосредоточилась на белке Dorsal, разновидности фактора транскрипции NF-κB (nuclear factor-κB), известного своим влиянием на процессы воспаления, врожденного иммунитета, заживления ран и функционирования клеток. Ранее ученые могли лишь фиксировать моментальные снимки активности такого белка, тогда как в новом исследовании они научились наблюдать поведение молекул в динамике и строить математические модели.

Как работает карта взаимодействий

Суть открытия в том, что исследователи не просто измерили количество NF-κB в ядре клетки, но и разделили его на различные функциональные состояния: свободно движущийся, связанный с ДНК и агрегированный в кластеры. Они продемонстрировали, что количество свободного фактора в ядре остается примерно постоянным в разных частях эмбриона, тогда как доля связанных с ДНК молекул значительно отличается.

Это означает, что связь между общей концентрацией белка и его активностью не является просто линейной. Создаваемая учеными «карта» позволяет предсказать, в каких условиях ген будет активирован и насколько интенсивной окажется активация. Такое понимание теоретически может стать основой для целенаправленного вмешательства в иммунные или воспалительные процессы, а также для контроля аномальных состояний, связанных с развитием рака.

Модели связывания DI-DNA в ядрах клеток. Общая популяция Dl в ядрах состоит из свободных и медленных популяций, обозначенных RICS. Медленная популяция состоит из популяции, связанной с ДНК (обозначенной ccRICS), и медленно движущихся кластеров. SPT может различать связанные с ДНК кластеры и медленно движущиеся кластеры. И, наконец, RICS с длительным временем действия могут определять присутствие всех составляющих популяций вместе взятых. Как методы эксперимента, так и различные популяции имеют цветовую маркировку.

Источник: https://www.science.org/

Значение для медицины и онкологии

Механизмы, которые были открыты в этом исследовании, близки к фундаментальным молекулярным процессам, определяющим развитие злокачественных опухолей. Неправильная регуляция NF-κB известна как фактор, способствующий хроническому воспалению и онкогенезу (образованию и прогрессированию раковых заболеваний).

Особо важно, что подобные количественные модели поведения транскрипционных факторов могут быть использованы при разработке иммунотерапии опухолей — направления, в котором иммунная система пациента активируется для борьбы с раком. Иммунотерапия включает методы стимулирования Т-клеточного ответа, блокаду иммуно-контрольных точек и использование дендритных клеток для активации лимфоцитов. Все это требует глубокого понимания взаимодействия иммунитета с генетическими программами клетки.

Атлас ракового генома содержит данные десятков тысяч опухолей, помогая выявлять генетические мишени для терапии различных типов рака.

Недавно российские исследователи создали базу данных всех химических элементах, присутствующих в крови людей, переболевших COVID-19.