Страница 31 из 316
Сейчас наши коллеги из Института цитологии и генетики СО РАН, имея подробную карту ТАДов человека, разрабатывают алгоритмы для предсказания клинических эффектов разных хромосомных перестроек. Они же пытаются узконаправленно нарушать границы ТАДов у мышей. Это почти инстинктивное стремление любого исследователя при виде нерушимой границы: а давайте мы ее снесем и поглядим, что выйдет.
Наши коллеги решили снести границу того самого ТАДа, где у мышей находится ген
KIT
. А
KIT
заинтересовал их своим соседом по геному –
KDR
. Если представить геном в виде линии, то эти два гена расположены близко, точно друг за другом. Однако в пространстве ядра они контактируют нечасто и заключены в отдельные ТАДы. Это позволяет им иметь независимую регуляцию – в конкретном типе клеток независимо друг от друга нарабатывать белки. В меланоцитах или тучных клетках (иммунных клетках, известных своей ролью в воспалении и аллергии)
KIT
активен, а его сосед
KDR
неактивен. И наоборот, например, в выстилающих сосуды эндотелиальных клетках
KIT
неактивен, а
KDR
активен. А что будет, если границу ТАДа между
KIT
и
KDR
сломать?
Для взлома границы наши коллеги использовали геномную технологию CRISPR/Cas9
28
,
которая в народе называется геномными ножницами.
При встрече с ДНК перед CRISPR/Cas9 стоит две задачи: найти целевой участок и разрезать. Комплекс CRISPR/Cas9 состоит из короткой направляющей РНК, комплементарной целевому району ДНК, который нужно изменить, и белка Cas9, который разрезает ДНК точно в том месте, где прилепилась направляющая РНК. Если нам нужно удалить ген целиком, мы нацелим одну направляющую РНК на его начало, а другую – на его конец. Cas9 внесет разрывы в оба эти места. Ген будет удален, а ферменты репарации заделают брешь в ДНК. Если нам нужно не удалить ген, а изменить его, например, заменить в нем один нуклеотид на другой, то одновременно с РНК-направляемым белком Cas9 мы добавим в комплекс CRISPR/Cas9 короткий фрагмент ДНК, в котором в правильном месте находится нужный нуклеотид. В этом случае ферменты репарации заделают брешь по той матрице, которую мы им предложим.
Наши коллеги секвенировали границу того самого ТАДа, где находится
KIT,
приготовили комплементарную ей направляющую РНК, а потом ввели ее в комплексе с белком Cas9 в оплодотворенные яйцеклетки мыши. Стали дожидаться рождения безграничных мышей.
Мы помним, как коллеги ликовали, когда у них родилась мышь с белым пятном на брюхе. Вот оно, ожидаемое событие, показывающее колоссальную важность ТАДов! Граница пала, в нужный ТАД влезли посторонние регуляторы и нарушили функцию нормального
KIT
!
Они эту белобрюхую мышь секвенировали и пришли в уныние. Оказалось, что они маленько промахнулись и вместе с забором снесли полдома – кусок гена
KIT
! То есть попали они именно туда, куда целились, но их подвела система репарации. Коряво заштопала разрывы и в итоге выкосила ген
29
.
Но среди безграничных мышей родились и те, у которых удаление границы ТАДа произошло без сюрпризов от системы репарации. Выглядели они вполне нормально (хотя особо зоркие люди сумели отметить, что безграничные мыши имеют шоколадный, а не, как у их родителей, черный окрас), а изменения у них произошли на уровне отдельных клеток. В меланоцитах
KDR
смог проявить свою активность, перехватив регуляторы, которые раньше были спрятаны от него за забором, потому что принадлежат
KIT,
– завел контакты со своим соседом
30
.
Пока наши коллеги взламывали границы между мышиными генами
KIT
и
KDR,
кошачья генетика не стояла на месте. Появилась статья
31
о том, что рецессивная мутация
w
sal
,
которая приводит к образованию больших белых пятен и общему осветлению шерсти, обусловлена делецией большого сегмента ДНК (65 тысяч нуклеотидов). Прелесть этой мутации в том, что она находится не в самом гене
KIT,
а перед ним, между генами
KDR
и
KIT
. Нам очень хочется думать, что эта делеция включала в себя границу двух ТАДов.
Здесь был ретровирус
Вернемся к загадочным вставкам чужеродного генетического материала в первый интрон гена
KIT,
которые привели к мутациям
W
и
W
S
. Что же это были за вставки, откуда они взялись, и как попали в
KIT,
и что они с ним сделали? Поиск по базам геномных данных показал, что последовательности нуклеотидов в их ДНК практически полностью совпадают с последовательностью ДНК кошачьего эндогенного ретровируса FERV1.
Что такое эндогенные ретровирусы, откуда они берутся и что они делают в кошачьем геноме? Начнем с ретровирусов. Наиболее известный из них – HIV–1 (вирус иммунодефицита человека).
Их название (“ретро–”) следует понимать не так, что они древние, а так, что они обратные. Это такие РНК-содержащие вирусы, которые способны к обратной транскрипции, то есть они способны синтезировать ДНК по матрице своей РНК в цитоплазме клеток зараженного хозяина. Эта ДНК встраивается в ДНК хозяина. Встроенная ДНК ретровируса содержит длинные концевые повторы (
long terminal repeats,
LTR). В них находятся обманные регуляторные сигналы для хозяйской транскрипционной машины: промоторы, энхансеры и т. п. Обнаруживая эти сигналы в своем геноме, наивный хозяин транскрибирует вирусную ДНК и транслирует вирусную РНК, производя все новые и новые вирусные частицы, которые потом инфицируют другие его клетки.
Никто не знает, откуда взялись ретровирусы
32–34
. Одна из школ мысли предполагает, что они могли произойти от мобильных генетических элементов (ретротранспозонов), которые, согласно другой школе мысли, могли произойти от других вирусов, которые, согласно третьей школе мысли, остались с незапамятных времен происхождения жизни.