Чому вам не потрібно розшифровувати свій геном

Якщо вірити новинам, у найближчому майбутньому генетики переможуть невиліковні захворювання та знайдуть рецепт молодості, а кожна людина зможе відредагувати свою ДНК та виправити помилки природи. Вже зараз багато лабораторій пропонують усім охочим розшифрувати геном та екзом. Здається, що, здавши такі аналізи, можна зрозуміти все про свій організм: дізнатися про приховані таланти, схильність, ризики. Але, на жаль, так не працює. Привіт, Хабре! Мене звуть Віра Морозова, я медичний редактор Лабораторії "Гемотест". Під катом я розповім, що насправді можна дізнатися із генетичних тестів, як саме роблять розшифровку екзома і чому цей аналіз не потрібно складати здоровим людям. Мені в цьому допомагатиме Жан Дюжев – керівник напряму «Генетика» Центру генетичних досліджень «Гемотест». Спочатку розберемося з термінологією. Що таке геном знає багато хто, а от екзо — поняття менш відоме.

Що таке екзо і навіщо його треба розшифровувати Геном — це вся генетична інформація людини, яка зберігається у його ДНК. Екзом - це крихітна частина (1-2%) геному. До нього входять усі ділянки ДНК (гени), які кодують білки – будівельний матеріал організму. Саме в екзомі відбувається 85% генетичних поломок, що викликають тяжкі захворювання: муковісцидоз, гемофілію, вроджену приглухуватість, фенілкетонурію та інші Секвенування (розшифрування) екзома – це аналіз, який дозволяє нам прочитати послідовність нуклеотидів у білок-кодуючих ділянках та виявити в них такі поломки. Оскільки екзо значно компактніше геному, його розшифровка займає менше часу і коштує дешевше повногеномного секвенування.А для діагностики генетичних поломок цього тесту здебільшого достатньо.

Очистити, нарізати, прочитати. Як проводять секвенування екзома

Секвенування екзома проводять методом NGS (next-generation sequencing – секвенування нового покоління). Ця технологія забезпечує високу швидкість та точність. Спочатку ми виділяємо ДНК з лейкоцитів крові: обробляємо клітини реагентами, які руйнують їхню мембрану і ядро, і ДНК потрапляє в розчин. Потім ми відокремлюємо її від білків та інших домішок. Далі ми готуємо бібліотеку для секвенування. Кожну нитку ДНК фрагментують – поділяють на частини, з якими зручно працювати. Це можна зробити ферментами чи ультразвуком. Ми найчастіше використовуємо другий метод: розчин ДНК завантажується в пристрій ультрасонікатор Covaris, який розбиває молекули на окремі сегменти. До кожного фрагменту, що вийшов, ми «пришиваємо» адаптери і бар-коди — індивідуальні мітки, за якими можна ідентифікувати пацієнта. Секвенатор здатний обробляти величезну кількість матеріалу, тому в нього одночасно завантажується 8-10 ДНК. Прилад розпізнає їх за індивідуальними мітками. Кожна ділянка ДНК прочитується близько 100 разів, що мінімізує можливість помилки. Після того як прочитана послідовність нуклеотидів, інформація вивантажується в комп'ютер у вигляді файлу в спеціальному форматі FASTQ. Записана послідовність називається сіквенсом. Результати секвенування екзома – це величезний масив даних. За допомогою спеціальних програм усі прочитані фрагменти порівнюються з аналогічними ділянками референсного екзома та виявляються відхилення від норми. У популярній літературі такі відхилення називають мутаціями, у науковій використовують термін «генетичний варіант».

Ось так генетики бачать сіквенс у геномному браузері. Неважко здогадатися, у якому стовпці виявили мутацію.

Мутуйте на здоров'я. Чи всі генетичні збої небезпечні

Часто поняття «мутація» викликає негативну реакцію: здається, будь-яка генетична поломка неминуче веде до катастрофи. Але захворювання викликають лише патогенні варіанти, які зустрічаються порівняно рідко. Більшість змін у генах доброякісні та ніяк не впливають на здоров'я. Також можуть бути генетичні варіанти неясної клінічної значущості. Це маловивчені відхилення від норми: і поки що невідомо, який вплив вони впливають на організм. Наведу приклад: деякі варіанти гена CFTR призводять до розвитку смертельно небезпечного захворювання – муковісцидозу. Вони вивчені, описані у літературі та однозначно визначаються як патогенні. Але цей ген містить 180 тис. пар основ, і мутацією може стати заміна всього однієї основи інше. Це неймовірна кількість можливих варіацій, ніхто й ніколи не зможе описати їх усі та визначити їхній вплив на здоров'я.

Жан Дюжев

Ми використовуємо програми-провісники, які на основі математичних моделей, даних про поломку (де, наскільки істотна), інформації про структуру білка, що кодується, можуть визначити потенційну небезпеку генетичного варіанту. Але доки він не досліджений і не описаний у науковій літературі, ми не можемо дати однозначної відповіді, патогенна вона чи ні.

Як лікуватимемо. Навіщо відправляють на секвенування екзому

На секвенування екзома спрямовують, якщо є підозра, що захворювання має генетичну природу. Іноді патології проявляються одними й тими самими симптомами, але можуть викликати різні причини.Дуже важливо встановити, що саме призвело до захворювання, оскільки від цього залежить методи лікування. Приклад: Для призначення лікування людині з епілепсією дуже важливо знати, чи придбана це патологія чи спадкова. Епілептичні напади можуть бути спричинені поломками різних генів. І метод терапії безпосередньо залежить від того, який генетичний варіант спричинив захворювання. Також аналіз є важливим для прогнозу здоров'я інших членів сім'ї. Якщо у пари народилася дитина із спадковим захворюванням, секвенування екзома дозволяє оцінити, чи є шанс народження у цій сім'ї здорових дітей і що для цього необхідно зробити. Якщо захворювання виявилося в одного з членів сім'ї, рекомендують обстежити найближчих родичів, щоб зрозуміти, чи загрожує їм така ж патологія і чи є ризик її передачі у спадок.

Хочу все знати. Чи варто робити секвенування екзома про всяк випадок

Здоровій людині, яка не має загадкової хвороби, не потрібно робити цей аналіз про всяк випадок, тому що проаналізувати всі генетичні ризики просто неможливо. При секвенуванні екзома одержують величезний обсяг даних, тому таке дослідження практично завжди проводять за медичними показаннями.

Жан Дюжев

У лабораторії ми прицільно аналізуємо гени, поломка в яких може призвести до захворювання з певною клінічною картиною. Якщо у пацієнта неврологічні симптоми - судоми, тремор, запаморочення, розлад пам'яті, - ми дивимося лише відповідні ділянки ДНК і не звертатимемо уваги, наприклад, на гени, які відповідають за гостроту зору.

Це звані риди — послідовності нуклеотидів у фрагментах ДНК. Таких рядків у дослідженні ДНК однієї людини може бути понад 50 млн!

Але ми можемо додатково виявити так звані вторинні знахідки. Це поширені вивчені патогенні чи ймовірно патогенні варіанти генів, не пов'язані із захворюванням, з приводу якого проводиться обстеження. Список таких вторинних знахідок свого часу склав Американський коледж медичної генетики та геноміки (American College of Medical Genetics and Genomics). Приклад: До нас звернувся пацієнт з епілепсією, ми проаналізували гени, пов'язані з нею, а принагідно виявили мутації в гені BRCA1, який входять до цього списку. Мутації в генах BRCA1 та BRCA2 викликають рак молочної залози, яєчників, простати. Виходить, що, крім поточної проблеми зі здоров'ям, людина має ще й високу ймовірність розвитку онкологічного захворювання.

Жан Дюжев

Вторинні знахідки ми вносимо у підсумковий висновок лише за бажанням пацієнта, оскільки інформація про можливі ризики може значно знизити якість життя. Наприклад, є таке спадкове захворювання – хорея Гентінгтона. Його відрізняє пізня маніфестація: першу половину життя людина почувається добре, а після 30–50 років у неї розвиваються тики, порушується координація та моторика рухів, поступово погіршуються когнітивні функції — аж до розвитку деменції. Запобігти чи вилікувати це неможливо. Чи варто, наприклад, у 20 років дізнаватися про такий ризик і жити наступні роки під дамокловим мечем? Кожен сам відповідає на це запитання.

Людина як база даних. Чи допоможе генетичний аналіз дізнатися про приховані таланти

Незважаючи на те, що в нашій лабораторії ми проводимо аналіз виключно з медичною метою – виявляємо патогенні мутації, – за бажання пацієнта ми видаємо йому весь сіквенс (сирі дані), і далі він вільний робити з ним що завгодно.Можна відкласти сіквенс до кращих часів: послідовність нуклеотидів протягом життя не зміниться, а в майбутньому генетики мають більше інформації про те, як ті чи інші ділянки ДНК впливають на життя людини і до яких наслідків призводять різні генетичні варіанти. Можна спробувати покопатися у ньому самостійно. У Мережі є багато ресурсів з даними про різні гени та генетичні варіанти, наприклад SNPedia або 23andMe. Хтось намагається з їхньою допомогою оцінити не тільки стан здоров'я, а й схильність до певних видів діяльності, свої таланти та схильності. Але треба розуміти, що однозначно оцінити рівень здібностей та інтелекту генетика поки що не може. У тому числі й тому, що гени не впливають на людину безпосередньо. Його розвиток залежить тільки від спадковості, а й від оточення, виховання, умов життя.

Як писати та переписувати партитуру ДНК

Крім звичайного тексту ДНК, що записується чотирма літерами А, Р, Т і Ц, наш геном містить безліч інструкцій, яким чином читати цей текст, щоб вийшло щось осмислене. Зараз дослідники не тільки розуміють механізм запису цих інструкцій, але й винаходять способи їхнього перезапису для регуляції клітинних процесів.

Звичайно, кожен, хто ходив на шкільні уроки літератури, дізнається в цій довгій послідовності букв початок «Євгенія Онєгіна». Але, боже мій, яке нелегке було б завдання прочитати весь пушкінський роман без прогалин, крапок і ком, розбиття на рядки і строфи! А якщо потрібно не просто прочитати, а прочитати вголос і з виразом? І чи не знайомий зі школи текст, а зовсім новий? А якщо стоїть завдання знайти у цьому тексті рими чи визначити віршований розмір?

Тут грати, тут не грати, тут рибу завертали

Перші види писемності історія приблизно так і виглядали. Декілька тисяч років знадобилося людям, щоб дійти до сучасних, звичних нам видів оформлення мови на листі. І це ще найскладніша ситуація, коли записаний текст вимагає пояснень для правильного читання. Хтось хоч скільки-небудь часу присвятив вивченню нотної грамоти, пам'ятає дієзи та бемолі, крещендо та дімінуендо та масу інших спеціальних знаків, без яких записані ноти неможливо зіграти так, щоб вийшов Вівальді чи Моцарт. "Тут грати, тут не грати, тут рибу завертали" - перегляньте чудову мініатюру В. Вінокура і Л. Оганезова, там це дуже добре пояснено.

Все сказане має безпосереднє відношення і до біології. У кожній клітині нашого тіла знаходиться довгий «текст» ДНК, що складається приблизно з 6 млрд «букв», що чергуються А, Г, Т і Ц. У цьому тексті записані всі інструкції з побудови будь-якої клітини людського організму. То чому ж, якщо текст скрізь однаковий, у мозку за його інструкціями виходять нейрони, у печінці – гепатоцити, а деякі незаконослухняні клітини примудряються стати раковими? Відповідь на поставлене питання коротко і дуже складна. У кожній клітині, окрім тексту ДНК, є інструкції, як читати цей текст. Вони можуть бути записані і в самій ДНК, і в білках, які зв'язуються з нею в клітинному ядрі. А ось як ці інструкції працюють - проблема настільки велика і малозрозуміла, що в сучасній біології вважається однією з головних. Якщо послідовностями з чотирьох букв займаються традиційна та молекулярна генетика, то інструкції – предмет окремої дисципліни, епігенетики, чи «окологенетики», якщо частково перекласти з грецької.

Те, що ми зараз знаємо про успадкування генів та ознак організмів, багато в чому є наслідком революції в молекулярній біології, що відбулася в середині XX ст. Нобелівської премії. нуклеотидів ДНК у геномі клітини чи організму.

Наприклад, у 50-х рр. минулого століття канадський генетик А. Брінк, працюючи з кукурудзою, відкрив явище, яке назвав парамутацієюВін брав рослини з двома різними алелями гена red1, що відповідає за синтез пігменту і надає зернам червоне забарвлення. червоний теж ставав світлим, не змінюючи при цьому, однак, своєї нуклеотидної послідовності. В результаті цих та багатьох інших експериментів виникло поняття про існування двох взаємодоповнюючих систем спадковості: генетичної, яка заснована на послідовності нуклеотидів, та епігенетичної, заснованої на стабільній активації та інактивації генів.

Парадоксально, але, незважаючи на величезну і дедалі більшу кількість публікацій, присвячених епігенетиці (база даних PubMed на момент написання статті нараховувала 64898), єдине визначення цього поняття відсутнє.фенотипі) у конкретних умовах середовища. Інші фахівці, спираючись на авторитет не менш відомих генетиків А. Ріггса, Р. Холлідея та Дж.Мейнард-Сміта, вужче трактують епігенетику як успадкування ознак, не пов'язаних з відмінностями в послідовності ДНК. У будь-якому випадку донедавна вважалося, що епігенетичні механізми відповідають за передачу інформації дочірнім клітинам про стан материнської клітини при її розподілі, але лише у виняткових випадках вони задіяні у передачі інформації з покоління до покоління у багатоклітинних організмів.

Хороший, поганий, нейтральний

Зараз відомі два основні способи епігенетичної регуляції активності генів у тварин та рослин. Один із них заснований на внесенні модифікацій у білки гістони, що утворюють нуклеосоми - «котушки», на які намотана ДНК в ядрі клітини. Чим щільніше упаковані ДНК-білкові котушки в так званий хроматинтим менше доступ до ДНК для ферментів, що ведуть транскрипцію - Синтез РНК по матриці ДНК. А чим менше РНК – тим менше виробляється білка, менше активність гена.

Другий спосіб заснований на використанні особливої ​​основи ДНК -5-метилцитозину. Від звичайного цитозину він відрізняється наявністю додаткової метильної групи, чим стає дещо схожим на тімін - Одна із звичайних основ ДНК. Але такі метильовані цитозини можуть виникати не будь-де, а тільки якщо слідом за цитозином відразу стоїть гуанін. Такі послідовності називаються CpG-динуклеотидами. Якщо їх у ДНК збереться багато і близько один до одного - виходять CpG-острівці, що найчастіше зустрічаються в районах промоторів - ділянок генів, з яких починається їх «читання», т.е. е. транскрипція.

Зазвичай у нормальних клітинах більшість CpG-динуклеотидів у геномі людини метильовано, а ось у острівцях, навпаки, метилцитозин зустрічається рідко.Натомість у багатьох ракових клітинах цей розподіл порушено: острівці більше метильовані, а решта CpG-динуклеотидів – менша. Насправді метилцитозину в клітинах так багато, що іноді його навіть називають «п'ятою основою ДНК».

Яким чином наявність 5-метилцитозина в ДНК впливає на активність генів? Своїми властивостями, що кодують, він від звичайного цитозину нічим не відрізняється і прекрасно «прочитується» при транскрипції. Натомість метилцитозини, а точніше метильовані CpG-динуклеотиди, впізнаються білками, що містять так звані метилзв'язуючі домени (Дільниці). Після зв'язування з метильованою ДНК вони залучають інші білки, які щільніше упаковують хроматин, а це, як говорилося, заважає транскрипції.

Донедавна в цьому механізмі все здавалося більш-менш зрозумілим: цитозин – «хороший», сприяє активності генів, метилзцитозин – «поганий», її пригнічує. Але такі прості сценарії природі, зазвичай, не подобаються. Нещодавно було виявлено «шосту букву» ДНК –5-гідроксиметилцитозин, про історію відкриття якого ми поговоримо трохи згодом. До метильної групи в нього додана ще гідроксильна, і це сильно відрізняє його від метилцитозину з погляду клітини: він впізнається не тими ж білками, що метилцитозин, а зовсім іншими, які не конденсують хроматин, а навпаки роблять його менш щільним. Отже як «супермен» підвищення активності генів виступає саме гидроксиметилцитозин, а простий цитозин тримає нейтралітет у цій вічній битві.

Пишемо, стираємо, пишемо, стираємо, пишемо…

Будь-який сигнал на те і сигнал, що його можна увімкнути та вимкнути, подати та скасувати.Зрозуміло, якщо існують спеціальні підстави ДНК, що змінюють активність генів, то одне з головних питань – звідки вони в ДНК виникають і куди потім зникають?

З метилцітозіном все стало зрозуміло досить давно. Ще років тридцять тому у клітинах людини були виявлені ферменти ДНК-метилтрансферази, або метилази, яких зараз відомо три – DNMT1, DNMT3a та DNMT3b. Вони впізнають CpG-динуклеотиди і забезпечують їх метильною групою. Три ферменти грають трохи різні ролі. DNMT1 – «підтримуюча» метилаза. Якщо придивитися, CpG-динуклеотид відноситься до паліндромним послідовностям, що читаються однаково в обох напрямках за комплементарними ланцюгами. Тому метилцитозинів там не один, а два, і після реплікації - копіювання ДНК при розподілі клітини - потрібно знову метилювати свіженький, щойно вбудований в новий ланцюг ДНК цитозин, чим і займається метилаза DNMT1. На відміну від останньої, DNMT3a та DNMT3b можуть метилювати ДНК «з нуля», навіть якщо в ній ще немає метилцитозину. Уважний читач може запитати: а де DNMT2? Є такий білок, тільки він метилює не ДНК, а РНК, і ми про нього не говоритимемо.

Знайомство з білками, що метилюють ДНК, ми закінчимо згадкою про те, що вони існують у бактерій. Епігенетичної регуляції за участю 5-метилцитозину бактерії не винайшли, зате вони мають так звані системи рестрикції-модифікаціїякі захищають їх від вірусів. У бактеріальній клітині, як правило, є ферменти-рестриктази, що розрізають ДНК за певними послідовностями, і метилази, які впізнають і метилюють ці послідовності.Якщо клітину потрапляє вірус, його ДНК розрізається, а бактеріальна ДНК від цього захищена метилированием.

Різноманітність способів впізнавання послідовностей і видів метилювання у світі бактерій велика, але деякі з мікроорганізмів, наприклад спіроплазма (Сімбіотичний мікроб, що живе в кишечнику комах), використовують саме 5-метилцитозин в CpG-динуклеотидах. За це їх дуже люблять вчені, оскільки в експериментальних цілях метилаз М.SssІ зі спіроплазми використовувати значно легше, ніж людські білки.

Історія зі стиранням епігенетичних міток набагато заплутаніша. Довгий час вважалося, що клітина взагалі цього не робить, а просто припиняє підтримуюче метилювання в якомусь місці геному, і через кілька клітинних поділів більшість нащадків клітини не міститиме метилцитозин у цьому місці. Однак багато клітин в організмі людини не діляться взагалі, а прибирати метильні мітки здатні. В інших випадках метилцитозин прибирається з ДНК набагато швидше, ніж дозволяє клітинний поділ. Тому коли нарешті відкрили систему активного деметилювання, усі причетні до епігенетики дослідники полегшено зітхнули. А механізм виявився вкрай цікавим.

Самі ламаємо, самі чинимо

Про систему репарації ДНК «Наука з перших рук» писала неодноразово (Жарков, 2006; Ходирєва, Лаврик, 2007; Жарков, 2009; Сидоренко, Гроллман, Жарков, 2013; Косова, Ходирєва, Лаврик, 2013).Ця система допомагає нам виживати, незважаючи на десятки тисяч пошкоджень ДНК, які кожна клітина нашого організму зазнає щодня як під впливом зовнішніх причин (ультрафіолетові сонячні промені, радіація, що надходять до організму токсини), так і за рахунок неминучих біохімічних процесів (головні «лиходії») тут – кисень та вода).

Найважливіший зі шляхів репарації, ексцизійна репарація основ, Починається з того, що пошкоджена основа впізнається і вирізається з ДНК одним з ферментів, що відносяться до класу ДНК-глікозилазу. Далі послідовно діють ще кілька білків, і в результаті на місце ушкодженої «літери» ДНК постає нормальна.

Зазвичай про репарацію згадують саме у контексті боротьби з пошкодженнями ДНК, мутаціями та раком. Однак неважко помітити, що такий конвеєр ферментів ідеально пристосований для того, щоб видаляти з ДНК будь-які модифіковані підстави, а не тільки спонтанні пошкодження. Інженер, перед яким було б поставлене завдання винайти систему, що видаляє з ДНК метилцитозин, довго б не думав: звичайно, потрібно сконструювати ДНК-глікозилазу, що його вирізає, а далі репарація сама закриє дірку звичайним цитозином. І інженер був би не зовсім неправий: саме таким шляхом пішли рослини, у яких теж є епігенетична система, що використовує 5-метилцитозин.

Але у тварин все організовано складніше, і це зайвий раз нагадує нам про відмінності між інженером, що активно використовує голову, що є на плечах, і еволюцією, що працює за принципом «вийшло б хоч якось, а потім саме удосконалюється». Спочатку мітильна група 5- метилцитозину окислюється одним із білків TET (їх у людини три).При цьому виходить той самий 5-гідроксиметилцитозин, який активує гени. Якщо нам треба переключити ген із неактивного стану на активний, ми досягли мети. А якщо потрібно відновити нейтральний стан з цитозином, то ту ж мітильну групу можна окислити ще в два кроки з утворенням 5-формілцитозину та 5-карбоксилцитозину. Останні, що вже не активують і не інгібують і сприймаються системою репарації як ушкодження, які вона виправляє, внаслідок чого утворюється цитозин. Заодно можна видалити аміногрупу колишнього метилцитозину та поміняти її на кетогрупу (Простіше - на атом кисню). Цим займаються кілька спеціальних ферментів-дезаміназ, і це також ушкодження, яке видалить система репарації.

Можна сказати, що останні дослідження в галузі епігенетики змінили наш погляд на ДНК. Шкільна картина з чотирма літерами зараз видається дуже спрощеною: клітина для регуляції активності генів постійно активно замінює багато цих літер на інші, які не входять у цей короткий алфавіт. Вже зараз ясно, що метилцитозином і гідрокисметилцитозином справа не обмежується, і відомі приклади, коли підстави, які раніше вважалися ушкодженнями, виконують корисну функцію. Наприклад, клітини нашої імунної системи активно пошкоджують гени, що кодують антитіла – це допомагає їм швидко мутувати і перебирати багато варіантів антитіл у пошуках тих, які будуть впізнавати патогени, що вторгаються в наш організм. Іноді спеціально поламати, а потім відремонтувати – дуже ефективна стратегія заміни старого на нове.

Підкрутити у потрібному місці

Отже, ми знаємо, як клітини ставлять у ДНК і стирають із неї епігенетичні мітки.Чи можемо ми використовувати це у своїх інтересах? Вимкнути активний онкоген у ракових клітинах чи, навпаки, підштовхнути необхідний непрацюючий ген?

Головне питання тут: як націлити в потрібне місце геному білок, що вводить або стирає епігенетичні модифікації? І саме в області такого націлювання в останні роки відбулася ще одна революція в біології, яка обіцяє настільки великі перспективи в інженерії живих організмів, що порівняти її можна, мабуть, тільки зі створенням ньютонівської механіки, що дозволяє інженерам проектувати міцні мости та кораблі, що не тонуть. Наш журнал писав і про ці досягнення, об'єднані загальною назвою «геномне редагування» (Власов, Пишний, Жарков, 2014, Медведєв, 2014; Закіян, Власов, Медведєв, 2014;), тому за деталями читача ми надсилаємо до цих статей, а тут згадаємо лише найголовніше.

Сьогодні є три основні системи націлювання на необхідне місце в геномі. Одна заснована на цинкових пальцях, широко поширені білкові мотиви, які впізнають невеликі шматочки ДНК. Комбінуючи кілька «пальців» з різними специфічними послідовностями ДНК, можна точно адресувати з ними білок в унікальне місце в геномі. За подібним принципом працює і так звана система TAL-ефекторів, взята з бактерій Xanthomonas, що викликають багато хвороб рослин: невеликі ділянки білка, які впізнають одну пару підстав, комбінують для націлювання на конкретну послідовність ДНК. Нарешті, найпопулярніша сьогодні система, CRISPR/Cas9, для адресації використовує послідовність РНК, відповідну потрібному ділянці ДНК.Якщо ми хочемо націлити РНК або білок її на конкретну ділянку геному, ми робимо штучний білок, в якому поєднується модуль, що адресує, сконструйований на основі однієї зі згаданих систем, і активний модуль, який буде, наприклад, метилювати або деметилювати ДНК.

Справедливості заради варто сказати, що перші спроби адресно впливати на метилювання ДНК взагалі обходилися без білків. зв'язуватимуться з комплементарною ДНК, а система метилювання за допомогою ферменту DNMT1 прийме це за наслідки реплікації та вставить у потрібному місці ДНК метилцитозин. Це навіть виходило, але в цілому ефективність процесу була вкрай низькою. ) злили разом адресуючий модуль з цинкових пальців та активний модуль в особі вищезгаданої бактеріальної метилази M.SssI. Отримана конструкція в пробірці чудово метилювала ДНК у потрібному місці.

До появи систем адресації дослідники намагалися якось інакше з користю змінювати глобальний статус метилювання геному клітин людини і досягли на цьому шляху певних успіхів. , і в злоякісних клітинах активуються гени, що вбивають їх.Аналогічні підходи, тільки з іншими ліками, використовуються при лікуванні серповидноклітинної анемії - захворювання, при якому мутований один з білкових ланцюгів гемоглобіну. При глобальному деметилюванні запускаються гени фетальних глобінів. У нормі у дорослого вони вже не повинні працювати, але їх активація допомагає хворому мати хоч якийсь функціональний гемоглобін.

Після того, як була показана принципова можливість націленого редагування епігенетичних міток, нові варіанти, що використовують різні адресуючі та активні модулі, посипалися як із відра. Зараз за допомогою сучасних систем редагування геному випробувано практично всі відомі ферменти систем метилювання та деметилювання. Але залишається питання: а чи це потрібно? Яке значення для клітин може мати зміна метилювання в одному конкретному місці? Чи не виявиться так, що для надійної зміни епігенетичних міток, що регулюють один ген, ми повинні будемо вводити в клітину десятки та сотні білків із різними адресами?

Поки що здається, що відповіді на ці питання цілком оптимістичні. Ще експерименти Кладде показали, що в дріжджах метилюється не тільки одна конкретна ділянка, до якої адресована гібридна метилаза, а й CpG-динуклеотиди на кілька сотень нуклеотидів навколо. Надалі та іншими групами вчених було показано, що і метилювання, і деметилювання як би «розповзаються» в сторони від місця, куди спочатку було націлене зміна.А в 2014 р., проаналізувавши величезну кількість даних щодо метилювання та активності генів, міжнародний консорціум, що включає і російських учених, дійшов висновку про існування того, що вчені назвали «світлофорним метилюванням»: приблизно для 17 % CpG-динуклеотидів є залежність активності гена стану метилювання одного конкретного CpG.

Тож, схоже, керувати активністю генів цілком реально. Інженерія живих систем отримала своє розпорядження новий потужний інструмент.

Власов Ст. Ст, Пишний Д. Ст, Жарков Д. О. Приручення древньої молекули // Наука із перших рук. 2014. Т. 57/58. №3/4. З. 84-91.

Грін І. Р., Петрова Д. Ст, Жарков Д. О. Редагування епігенетичних модифікацій ДНК // Гени та клітини. 2016. Т. 11. № 2. З. 53-60.

Жарков Д. О. Загадки «іржавий» ДНК // Наука із перших рук. 2006. Т. 12. №6. C. 24-35.

Жарков Д. О. Вартові геному // Наука з перших рук. 2009. Т. 28. №4. C. 160-169.

Закіян С. М., Власов Ст. Ст, Медведєв С. П. "Редактори геномів". Від цинкових пальців до CRISPR // Наука з перших рук. 2014. Т. 56. №2. З. 44-53.

Косова О. А., Ходирєва С. Н., Лаврик О. І. ДНК на замку // Наука із перших рук. 2013. Т. 53/54. №5/6. C. 14-21.

Медведєв С. П. Як відредагувати спадковість // Наука із перших рук. 2014. Т. 55. №1. З. 10-13.

Сидоренко В. З., Гроллман А., Жарков Д. О. Токсикологічний детектив, або Справа балканської ендемічної нефропатії// Наука з перших рук. 2013. Т. 53/54. №5/6. C. 22-33.

Ходирєва С. Н., Лаврик О. І. Як клітина ремонтує ДНК // Наука із перших рук. 2007. Т. 15. № 3. C. 82-89.

Goll M. G., Bestor T. H. Eukaryotic cytosine methyltransferases // Annu. Rev. Biochem. 2005. V. 74. P. 481-514.

Wu X., Zhang Y. TET-mediated active DNA demethylation: Mechanism, function and beyond // Nat. Rev. Genet. 2017. V. 18. N. 9. P. 517-534.