Все новости

Починить ошибку в генетическом коде. В МГУ учатся «чинить» ДНК, поврежденную в процессе жизни человека

Образ жизни и окружающая среда изменяют нашу ДНК, и мы даже можем передавать эти изменения детям в виде так называемого эпигенетического кода. Что именно происходит при этом с молекулой ДНК, рассказал лауреат мегагранта Василий Студитский, руководитель лаборатории регуляции, транскрипции и репликации в МГУ.
— Что такое эпигенетика?

— Программы развития организма и его состояние на каждом этапе этого развития могут меняться в зависимости от окружающих условий. Эти программы определяются не только генетическим кодом, но и модификациями белков, связанных с ДНК, или самой молекулы ДНК — это называют «эпигенетическим кодом».

Основные белки, которые связываются с ДНК в человеческих клетках, называются гистонами. Они делают это не хаотичным образом, а формируют структуры, называемые нуклеосомами. Это комплекс из восьми белков-гистонов с «навернутым» на них участком ДНК длиной примерно 150 пар нуклеотидов — как нитки на катушку. Состояние организма определяется не только самим генетическим кодом, но и, в частности, состоянием этих белков-гистонов, например прочностью их связи с ДНК. Более того, эти состояния во многом являются наследуемыми и могут отвечать за развитие ряда связанных с повреждением ДНК заболеваний.

Василий Студитский. Фото: из личного архива



— Как исследуют эпигенетический код?

— Чтобы понять, как создается и поддерживается эпигенетический код, мы исследуем процессы, происходящие при транскрипции ДНК в РНК. Это начало биосинтеза белка — первый этап процесса экспрессии генов, в ходе которого информация, заложенная в генетическом коде, превращается в молекулы разных белков. Этот процесс мы изучаем на молекулярном уровне и смотрим, как ферменты, которые декодируют ДНК в РНК, движутся по ДНК, как на них влияют связанные с ДНК молекулы белков, как при этом происходит сохранение и изменение модификаций белков-гистонов.

Мономолекулярные методы являются одним из наиболее современных подходов к изучению эпигенетических процессов, и было особенно интересно организовать такие работы в МГУ. Их разработка методов требует междисциплинарных подходов — одни биологи не могут такой метод разработать. Эта техника основана на использовании лазеров, поэтому я связался с физиками. В конце первого года существования лаборатории началось сотрудничество с лабораторией Алексея Валерьевича Феофанова из Института биоорганической химии РАН.

— Почему понадобилась помощь физиков?

— Для мономолекулярных техник оборудование нельзя просто купить — приборы собираются и отлаживаются вручную. Надо также учесть, что технологии, используемые в нашей работе, в России разрабатывались впервые. Поэтому только сейчас пошли первые публикации. Это первое стратегическое направление, самое важное, которое удалось поднять. При налаживании оборудования использовались наиболее современные разработки, поэтому на мировом уровне технически мы лидируем, а в области получаемых результатов планируем выйти на лидирующие позиции в ближайшие год-два.

— Какие возможности дает это оборудование?

— С точки зрения фундаментальной науки, это позволяет изучать с беспрецедентным временным и пространственным разрешением механизмы самых разных процессов на мономолекулярном уровне. Сейчас мы фокусируемся на механизме транскрипции ДНК в РНК. Этим занимается фермент полимераза. Гистоны, связанные с ДНК, создают препятствие на пути полимеразы, которая идет по цепи ДНК. Она должна каким-то образом пройти между белками и ДНК. Задача топологически сначала казалась неразрешимой, потому что ДНК и гистоны формируют достаточно компактные и прочные структуры (уже упомянутые нуклеосомы). Как полимераза проходит через нуклеосому, было неясно. Сейчас эта задача в основном решена, исследуются детали молекулярного механизма.

Такие исследования важны для понимания, как сохраняются регуляторный и наследуемый коды, которые нарушаются при многих заболеваниях. Например, при разных типах рака. Кроме того, с помощью наших техник мы можем посмотреть механизмы действия самых разных факторов, вовлеченных в развитие этого заболевания.

— Какие объекты вы исследуете?

— В частности, мы работаем с ферментом PARP. Этот белок является одной из основных мишеней для противораковых препаратов — проводятся целые конференции, посвященные только ему. С этим белком есть проблема в создании антираковых лекарств, поскольку они действуют на его ферментативную активность, которая пересекается с ферментативной активностью многих других белков. Из-за того что лекарства взаимодействуют одновременно со многими другими ферментами, возникает много побочных эффектов. Мы надеемся, изучая механизм действия этого белка, найти новые мишени для действия противораковых препаратов. У нас есть хорошие наработки в этом направлении, и нами получен министерский грант для этих исследований на три года. За это время мы надеемся найти пути решения проблемы.

Вторая мишень для нового поколения антираковых лекарств — белковый комплекс FACT, который также участвует в процессе транскрипции ДНК. С ним ситуация похожая, и у нас есть грант от Академии наук на разработку системы для тестирования действия перспективных антираковых препаратов.

— Как работает лаборатория после окончания мегагранта?

— По основному проекту — исследованию механизма транскрипции ДНК — у меня есть финансирование и в Америке, и в России. Фокус проектов разный, но суть одна: мы исследуем механизмы копирования и сохранения состояния клетки при таком копировании. Мы использовали мегагрант для создания межлабораторного сотрудничества, а теперь перешли на самообеспечение за счет разных грантов.

 Екатерина Боровикова