Все человеческие клетки содержат, по сути, одну и ту же последовательность ДНК – их генетическую информацию. Как это возможно, что формы и функции клеток в разных частях тела настолько разные?? Хотя ДНК каждой клетки содержит один и тот же генеральный план строительства, существует дополнительный регулирующий слой, который определяет, какая из многих возможных программ ДНК активна. Этот механизм включает модификации связанных с геномом гистоновых белков или самой ДНК с небольшими химическими группами (e.грамм. метилирование). Он действует поверх генетической информации и поэтому называется «эпи-генетическим» от соответствующего греческого слова, которое означает «выше» или «прикреплен к».
"Эпигенетика коренным образом изменила наши взгляды на использование генетической информации", говорит доктор. Карстен Риппе из Немецкого центра исследования рака, который изучает этот процесс со своей командой. "Эпигенетические модификации могут быть быстро установлены или удалены для обратимого изменения функции клеток. В то же время эпигенетические паттерны могут стабильно передаваться через деление клеток и, возможно, также до следующего поколения."
Оказывается, расшифровка «эпигенетического кода» клетки является сложной задачей: сотни белков в клетке связаны в большие сети, чтобы «записывать», «стирать» или «читать» около 140 различных химических модификаций гистоновых белков и ДНК, которые были идентифицированы до сих пор. Таким образом, понимание того, как эпигенетическая регуляция действует в определенной части генома, требует интегративного подхода, учитывающего связи между различными факторами. Соответственно, исследователи вместе со своими коллегами из DKFZ и LMU Munich провели всесторонний анализ прототипической эпигенетической сети. Они изучили, как определенные последовательности ДНК подавляются гистоном и метилированием ДНК, что делает геном нестабильным, если он активен, и, таким образом, способствует развитию рака.
Основываясь на картах эпигенетических сигналов и взаимодействий белков с геномом, они разработали математическую модель эпигенетического молчания. "Найденный нами механизм глушения работает так же, как петля с лассо, чтобы что-то поймать", говорит Катарина Мюллер-Отт, первый автор исследования: "Несколько факторов стабильно связывают сайленсирующий фермент с определенными участками генома. Поскольку ДНК беспорядочно перемещается и образует временные петли, фермент попадает в другие области генома поблизости, которые затем модифицируются и выключаются."
Благодаря количественному описанию этого процесса, исследователи смогли предсказать, как сеть сайленсинга будет реагировать на возмущения, такие как изменение количества белков или активности задействованных ферментов. Ученые из группы Карстена Риппе и Томаса Хёфера из DKFZ в настоящее время продолжают дальнейшую разработку и применение своей модели к дерегулированию эпигенетической передачи сигналов при лейкемии. Оценивая полногеномные карты эпигенетических сигналов с помощью математических моделей, они идентифицируют опухолеспецифические изменения в образцах клеток от пациентов с раком крови. Кроме того, они анализируют, как эпигенетические сигналы могут быть использованы для прогнозирования ответа на терапию и как лекарства влияют на эпигенетическую программу.