Новости и мнения

Мнение: проектирование эпигенома

Использование нацеленных модификаторов хроматина открыло новую эру функциональной эпигеномики.

Our desire to manipulate genomes is not new; Наше желание манипулировать геномами не ново; селекционное разведение, генетическая и, в последнее время, геномная инженерия значительно расширили наше понимание того, как гены формируют фенотипы. Однако эпигенетические процессы также влияют на то, как клетки используют генетическую информацию. Как и указание на разделы книги с цветными метками или Post-Its, клетка физически прикрепляет химические метки к геному, маркируя такие особенности, как гены или регуляторные элементы. На сегодняшний день миллионы этих меток – меток хроматина – были профилированы в разных тканях и типах клеток благодаря международным усилиям. Тем не менее, до недавнего времени мы не могли оценить влияние отдельных меток на активность генов, потому что было возможно только изменить метки хроматина глобально через мутационные подходы или фармакологическое ингибирование. Новые технологии для эпигеномной инженерии теперь позволяют исследовать функцию отдельных меток хроматина, добавляя их или удаляя их из отдельных мест, представляющих интерес в геноме.

Целевая модификация достигается путем слияния существующего модифицирующего хроматин фермента (или функциональной части такого фермента) с программируемым доменом связывания ДНК. Хотя программируемые ДНК-связывающие домены были в течение некоторого времени, недавнее присвоение бактериальной системы CRISPR / Cas от Streptococcus pyogenes значительно упростило генерирование целевого белка в лаборатории: хроматин-модифицирующий фермент выбора просто слит с каталитически неактивный белок Cas9 (dCas9). Затем dCas9 направляется в конкретный геномный локус через отдельную синтетическую молекулу РНК, известную как направляющая РНК (гРНК). Таким образом, последовательность оснований гРНК определяет специфичность связывания ДНК слитого белка. Таким образом, уже был разработан ряд модификаторов хроматина, что позволяет исследователям решать некоторые фундаментальные вопросы, касающиеся функций отдельных меток хроматина.

Уже давно неясно, какие из большого числа каталогизированных хроматиновых меток обладают реальными генорегуляторными возможностями. Доказательства на сегодняшний день в основном основаны на статистической корреляции меток хроматина с уровнями экспрессии ассоциированных генов. Хотя причинно-следственная роль некоторых хроматиновых меток в регуляции транскрипции может быть убедительно продемонстрирована для нескольких модельных локусов, давно неизвестно, распространяются ли эти специфические данные на обширный остаток эукариотического генома.

Путем направления модификаторов хроматина в ряд сайтов в разных геномных локусах и измерения результирующих изменений в транскрипции ассоциированных генов-кандидатов, в настоящее время идентифицирован ряд функциональных меток хроматина. Например, удаление метилирования из лизина 4 гистона Н3 у предполагаемых энхансеров и промоторов с помощью dCas9-LSD1 приводит к подавлению проксимальных генов, в то время как добавление ацетилирования гистона с использованием dCas9-p300 оказывает противоположный эффект .

В совокупности эти новаторские исследования показывают, что манипулирование отдельными метками хроматина в соответствующих сайтах может значительно изменить уровни транскрипции, и что этот эффект зависит как от ферментативной активности модификатора хроматина, так и от его направленного связывания с сайтом-мишенью. Однако биологическая значимость этих инженерных усилий все еще должна быть установлена. Измерение изменений в уровнях белка или фенотипических изменений в дополнение к изменениям в уровнях мРНК или сравнение экспрессии сконструированного гена с физиологическими уровнями активности должно гарантировать, что изменение специфических меток хроматина действительно может влиять на клеточное поведение.

Использование нацеленных модификаторов хроматина открыло новую эру функциональной эпигеномики. Мы ожидаем, что в скором времени будет возможно проанализировать эффект изменения комбинаций хроматиновых меток с помощью различных целевых платформ, которые могут функционировать независимо в одной и той же клетке. Легкость нацеливания на модификаторы хроматина посредством механизма связывания ДНК на основе РНК будет дополнительно способствовать объективному обнаружению функциональных меток с использованием методов скрининга. Таким образом, многие потенциально функциональные метки могут быть опрошены в одном эксперименте, и таким образом могут быть идентифицированы только сайты, где модификации хроматина оказывают существенное влияние – не только на транскрипцию, но и на фенотип. В конце концов, некоторые из результатов могут быть преобразованы в терапевтическое использование путем принятия технологий эпигенетической инженерии в ситуациях in vivo. Уже есть первые признаки того, что это возможно , при условии, конечно, что реагенты могут быть эффективно доставлены в клетки.

Эта статья была взята из комментария, опубликованного 19 июня в Genome Medicine .

Анна Коферле – аспирант Лондонского университетского колледжа, где ее советником является профессор медицинской геномики Стефан Бек. Стефан Х. Стрикер является руководителем группы функциональной эпигенетики в Людвиг-Максимилиан-Университете в Мюнхене, Германия.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *