В ходе совместных исследований российские и американские ученые выяснили, что повреждения и модификации ДНК, вызванные внешними факторами, препятствуют регуляции активности гена, в том числе воздействуя на эпигенетические процессы. Это означает, что те или иные действия, например, неправильное питание или принятие продолжительных солнечных ванн, могут стать толчком к модификации участка ДНК, повлиять на физическое выражение генов индивидуума. Результаты работы опубликованы в престижном научном журнале «Nucleic Acids Research»в начале октября 2018 г.

Дмитрий Жарков, профессор РАН, доктор биологических наук, заведующий лабораторией геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН, рассказал, что сотрудничество новосибирских ученых и научных сотрудников Университета Западного Вашингтона началось несколько лет назад, физхимики и биохимики объединили свои усилия, чтобы вести исследования в пограничной области, одновременно изучая эпигенетические метки, которые активируют или инактивируют гены, и процессы репарации (восстановления) ДНК.

Ученые в лабораторных условиях воспроизвели те процессы, а именно метилирование и окисление, которые ежесекундно происходят в клетках нашего организма, чтобы понять, как повреждения и модификации ДНК могут влиять на динамику ДНК, ее стабильность и взаимодействие с белками. Объектом исследования стали регуляторные участки ДНК (CpG), включающие в себя азотистые соединения цитозин и гуанин, именно они чаще всего содержат эпигенетические метки.

Локальные изменения геометрии участка ДНК при о...

Локальные изменения геометрии участка ДНК при окислении гуанина. Изображение: Nucleic Acids Research

Оказалось, что окисленный гуанин меняет геометрию участка ДНК, выступает в роли дестабилизатора ДНК, влияет на распознавание ферментами определенной последовательности ДНК. Так, например, фермент полимераза, функцией которого является синтез ДНК, встречаясь с окисленным гуанином, делает ошибки, следствием этого является появление мутаций ДНК, что может привести к повышению восприимчивости организма к онкологическим или вирусным заболеваниям, ожирению и др.

Изображение: «Популярная механика»

Изображение: «Популярная механика»

При метилировании нескольких цитозинов происходит выключение гена, то есть ген остается неповрежденным, но прекращает свою активность, его как будто не существует. Ученые обратили внимание на то, что соседство метилированного цитозина и окисленного гуанина в одной ДНК может привести к непредсказуемым последствиям, так как модификации влияют друг на друга, но параметры их взаимодействия требуют дополнительного изучения.

Чтобы понять, как происходит репарация ДНК при наличии повреждения, ученые взяли растительный белок ROS-1, который занимается снятием эпигенетических меток. Эксперимент показал, что белок охотнее связывает поврежденную цепочку, если в ней присутствует оксогуанин, что минимизирует риск возникновения мутации.

Изучение последствий влияния повреждений ДНК на активность гена является перспективной областью для исследований, так как каждое открытие приближает ученых к разгадке тайны генома.