Что определяет, как регулируется клеточный геном для обеспечения правильного роста и развития? Оказывается, части генома, которые включаются или выключаются в каждом типе клеток или тканей, играют главную роль в этом процессе. Теперь команда из Солка показала, что семейство генов CLASSY регулирует, какие части генома отключаются тканеспецифическим образом. CLASSY, по сути, контролируют, где геном помечен метилированием ДНК - добавлением метильных химических групп к ДНК, которые действуют как метки, говорящие: «Выключи».«Поскольку метилирование ДНК существует в различных организмах, включая растения и животных, это исследование имеет широкие последствия как для сельского хозяйства, так и для медицины. В работе, опубликованной в Nature Communications 11 января 2022 года, гены CLSY определены как основные факторы, лежащие в основе эпигенетического разнообразия растений ткани.
«Было много наблюдений, что один тип клеток или тканей имеет другой паттерн метилирования ДНК, чем другой, но то, как пути метилирования модулируются, чтобы в конечном итоге привести к разным результатам в разных тканях, остается плохо изученным», - говорит старший. автор Джули Лоу, доцент Лаборатории молекулярной и клеточной биологии растений Солка. «Мы обнаружили, что то, какие CLSY экспрессируются в данной ткани, является механизмом, контролирующим то, как основной механизм метилирования ДНК направляется в разные геномные местоположения в разных тканях».
Изучение метилирования ДНК относится к области эпигенетики - молекулярных модификаций, которые изменяют то, как ДНК функционирует, не изменяя самой последовательности ДНК. Это и необходимый процесс, и опасный. Например, он помогает установить клеточную идентичность в развивающемся эмбрионе, но может вызвать рак в более позднем возрасте. У растений дефекты метилирования ДНК могут вызывать дефекты развития и негативно влиять на урожайность.
Метилирование ДНК регулируется многими факторами, включая определенные типы малых РНК. Работая с модельным растением Arabidopsis thaliana, команда Солка обнаружила, что семейство генов CLASSY (CLSY 1-4) действует в разных местах в зависимости от ткани, показывая, как разнообразные модели метилирования генерируются в процессе развития растения..
Текущая работа расширяет предыдущее исследование Ло и ее команды, в котором они обнаружили, что у арабидопсиса гены CLSY определяют, какие участки в геноме метилированы, посредством малых РНК. В текущем исследовании рассматривается более широкий вопрос о том, может ли этот процесс привести к различным моделям метилирования в разных тканях арабидопсиса: листе, цветочном бутоне, семязачатке и розетке.
Исследователи обнаружили, что гены CLSY экспрессируются по-разному в зависимости от типа ткани растения. Например, все четыре гена CLSY были экспрессированы в цветочных почках, в то время как CLSY3 был сильно экспрессирован в семяпочках, а CLSY1 был экспрессирован в тканях листьев и розеток..
Затем исследователи сравнили растения с мутантными генами CLSY с растениями дикого типа. Они обнаружили, что в зависимости от ткани различные комбинации членов семейства CLSY или даже отдельные белки CLSY контролируют паттерны метилирования малых РНК и ДНК в тысячах участков генома. Эти данные демонстрируют роль генов CLSY в формировании эпигенетического ландшафта тканей.
Выводы команды могут открыть двери для достижений во многих областях, от повышения урожайности растений до информирования о точной медицине для людей. «До того, как мы узнали, как во время развития возникло разнообразие паттернов метилирования ДНК, у нас не было возможности манипулировать этой системой. Обнаружение того, что CLSY контролирует метилирование тканеспецифическим образом, представляет собой большой прогресс, поскольку дает ученым возможность изменять паттерны метилирования ДНК с гораздо большей точностью», - говорит Лоу.
Среди других авторов были Ceyda Coruh, Guanghui Xu, Laura M. Martins, Clara Bourbusse и Alice Lambolez of Salk; и Мин Чжоу из Чжэцзянского университета в Китае.