Один из способов, с помощью которого клетки могут контролировать активность своих генов, - это добавление небольших химических модификаций в ДНК, которые определяют, какие гены будут включены или выключены.
Метильные группы являются одной из таких химических модификаций или меток. Исследователи обнаружили, что у бактерий метилирование ДНК играет роль в регулировании вирулентности, размножения и экспрессии генов. В других организмах, включая человека, метилирование ДНК играет важную роль в регуляции экспрессии тканеспецифических генов, что определяет характер клетки, например, будет ли это клетка кожи или мозга.
"Изучение метилирования ДНК является частью области эпигенетики. Оно важно, поскольку помогает нам понять, почему один конкретный вид бактерий вызывает более тяжелое заболевание, чем другой, или как нормальная клетка может измениться и дать начало заболеваниям, таким как рак", - говорит автор исследования Тао Ву, доцент кафедры молекулярной и человеческой генетики Медицинского колледжа Бэйлора. Лаборатория Ву - это лаборатория эпигенетики рака. Ее долгосрочной целью является преодоление терапевтической резистентности рака путем лучшего понимания роли эпигенетики в этом заболевании.
У бактерий существует три различных формы метилирования ДНК. Наиболее распространенной является та, которая метит основание ДНК аденин (N6-метиладенин или 6mA). Две другие метят цитозин (N4-метилцитозин или 4mC и 5-метилцитозин или 5mC). Хотя существует множество методов изучения метилирования ДНК, лишь немногие из них позволяют эффективно картировать три типа одновременно, пояснил Ву.
"Считалось, что организмы, кроме бактерий, включая млекопитающих, в основном используют только метил-цитозиновые метки - 5mC - для регуляции активности генов. Но в 2016 году, когда я работал в Йельском университете, мы сообщили в Nature об открытии, что ДНК 6mA также присутствует у млекопитающих", - рассказывает Ву. "Это открытие дало совершенно новые возможности для изучения эпигенетики рака". Традиционные методы изучения 5mC не захватывают метилирование аденина в тканях млекопитающих. "Это побудило нас разработать новый метод для профилирования не только 6mA, но и 4mC и 5mC", - сообщил Ву.
В последнем исследовании, опубликованном в журнале Genome Biology, Ву и его коллеги сообщают о разработке метода секвенирования для одновременного количественного определения различных эпигенетических маркеров. Их метод, названный NT-seq, сокращенно от nitrite treatment followed by next-generation sequencing, представляет собой метод секвенирования для выявления нескольких типов метилирования ДНК в масштабах всего генома. Этот метод также может амплифицировать некоторые клинические образцы, чего не могут сделать другие методы.
"Мы показали, что NT-seq может обнаружить 6mA, 4mC и 5mC как в бактериальных, так и в небактериальных клетках, включая клетки млекопитающих", - сказал Ву. "По сравнению с другими методами, NT-seq эффективен, экономичен, быстр и имеет высокое разрешение. Некоторые из его ограничений связаны с особенностями состава некоторых геномов. В статье мы предлагаем, как компенсировать эти ограничения".
"Мы в восторге от NT-seq", - добавил Ву. "Им можно выявить новые паттерны или мотивы метилирования ДНК, подтвердить результаты, полученные другими методами, создать массивы данных для разработки инструментов машинного обучения для анализа метилирования и проложить путь к дальнейшему эпигенетическому изучению геномной ДНК 6mA в небактериальных организмах, включая исследования эпигенетики рака".
