Значительная часть ДНК состоит из тандемных повторов — областей, представленных короткими последовательностями, которые повторяются сотни или тысячи раз подряд. Современные методы плохо справляются с анализом таких участков, за что биологи прозвали их «темной материей ДНК».
Тем не менее, изучать их необходимо, ведь появление тандемных повторов в ненадлежащих местах может привести к серьезным заболеваниям. Самый яркий пример — синдром Мартина-Белл, одна из самых частых причин наследственного слабоумия у мужчин. Он связан с повтором в гене FMR1 на X-хромосоме. Обнаружив повтор, механизмы клетки прикрепляют к нему метильные метки, в результате чего полностью отключается весь ген, необходимый для развития мозга.
Исследователи из Института молекулярной генетики Общества Макса Планка, о работе которых рассказывает Phys.org, решили подробнее изучить повтор, вызывающий синдром Мартина-Белл. Для этого они исследователи геном стволовых клеток, полученных из ткани пациента с этим заболеванием.
Команда впервые точно определила длину повторов и расположение метильных меток на них. В частности, они обнаружили, что длина тандемного повтора может отличаться в разных клетках одного и того же пациента.
Как это работает
Чтобы достичь успеха, исследователям пришлось применить новый подход к анализу ДНК. Они разделили интересующий их фрагмент на отдельные кусочки и пропустили каждый из них через крошечные отверстия-нанопоры на кремниевом чипе, генерирующие ток при прохождении электрически заряженных частиц.
В зависимости от того, какой участок ДНК проходил через нанопору, сила тока менялась. Этого оказалось достаточно, чтобы специально настроенный алгоритм смог восстановить генетическую последовательность и рисунок эпигенетических меток.
Авторы подчеркивают, что им бы не удалось провести исследование без инструмента CRISPR. Именно он позволил вырезать из ДНК участок с тандемными повторами. В противном случае остальная часть генома заглушила бы информацию от него.
По словам исследователей, разработанная ими методика подходит для исследования любых участков тандемных повторов, в том числе связанных с другими заболеваниями. Они продемонстрировали это, применив технологию для изучения повтора в гене C9orf72. Эта мутация — одна из причин лобно-височной деменции и бокового амиотрофического склероза. Еще одно перспективное направление — анализ тандемных повторов в раковых клетках.
Новейшие методы анализа позволили американским исследователям обнаружить, что малоизученный белок PGRMC2 играет ключевую роль в метаболизме клеток. Это открывает путь к созданию новых методов лечения ожирения и диабета.
