Российские генетики нашли «космический» белок, отвечающий за правильную работу нервных клеток

Открытый в России белок Vostok помог правильно сложить ДНК в нервных клетках личинок дрозофилы

Мухи без этого белка умирают, а люди из-за отсутствия его аналога страдают аутизмом или шизофренией. Новый белок, отвечающий за правильную работу генов, контролирующих работу нервной системы, открыли российские ученые из Института биологии гена РАН вместе с коллегами из Принстонского университета (США). За то, что на схеме петли ДНК, «уложенные» этим белком, обозначаются в виде дуги, которая напоминает траекторию полета ракеты, авторы назвали его Vostok, в честь первого пилотируемого космического аппарата. Результаты работы опубликованы в журнале Molecular Cell.

тестовый баннер под заглавное изображение

Наисложнейшим образом устроенная работа нейронов у всех живых существ – это одна из самых актуальных научных тем. Сложность требует очень четкой регуляции генов: часть их должна активно работать, а другая должна быть надежно выключенной.

В ядрах разных клеток ДНК складывается в особые трехмерные структуры (для разных клеток – свои), от которых зависит активность необходимых для работы генов. В нейронах же правильная укладка нити ДНК важна особенно, поскольку точная регуляция генов в них обеспечивает и развитие самих клеток, и их связи с соседними клетками.

Справка «МК». ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это макромолекула, которая обеспечивает хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования организмов.

Исследование проводилось на личинках мух-дрозофил – мельчайшего лабораторного живого существа, регуляторные механизмы у которого, тем не менее очень схожи с человеческими. Ученым было не до конца понятно, как контролируется «сворачивание» ДНК в клетках мозга мухи, что укладывает ее в петли определенной конфигурации (в нервных клетках насчитывается больше петель, чем в каких-либо других клетках), позволяя регуляторным белкам сближаться с нужными генами. Точнее, был известен только один белок, участвующий в регуляторных петлях – GAF. Однако когда его «выключали», то есть блокировали его работу, в ядрах нервных клеток «терялась» только часть петель. В результате ученые поставили себе цель: найти новый белок, который «плетет» оставшиеся.

Как сообщили «МК» в РНФ, специалисты обнаружили этот белок в мозге дрозофилы. Он участвует там в трехмерной укладке ДНК в ядрах нервных клеток наряду с GAF. Поскольку петли его, когда их переносили на схему, очень напоминали траекторию полета ракеты, белку присвоили название Vostok, в честь первого пилотируемого корабля «Восток». Vostok связывается с определенными участками ДНК и образует на ней петли, необходимые для развития нервной системы.

Чтобы проверить эту функцию, генетики прибегли к методу редактирования генов CRISPR-Cas9. Иными словами, они создали мутантных личинок, у которых был «выключен» ген Vostok. Когда у таких личинок проверили наличие петель ДНК в ядрах нервных клеток, их оказалось на 7% меньше, чем у нормальных личинок дрозофил.

– Кстати, в нашем исследовании мы обратили внимание на то, что петли, образуемые при участии белка Vostok, отличались от тех, за которые отвечает ранее известный белок GAF, – поясняет руководитель научной группы, доктор биологических наук Максим Ерохин. – Это говорит о том, что эти два регулятора работают независимо друг от друга, и оба важны для правильной укладки ДНК.

Проверили исследователи и то, как отсутствие того или иного белка у мутантных личинок отражалось на состоянии насекомых. По словам Ерохина, когда у подопытных «выключали» GAF, те погибали на стадии личинок, а в случае с «отключением» белка Vostok жили чуть дольше, до стадии куколки, но все равно потом умирали. То есть, отсутствие каждого отдельного белка в ДНК личинок дрозофил не давало им развиваться во взрослые особи.

Кстати, выяснилось, что при «выключении» и Vostok, и GAF у дрозофилы суммарно теряется только около 15% петель ДНК, что означает наличие других, не открытых пока белков со схожими свойствами, отвечающих за сложную структуру макромолекулы.

– Есть ли у человека белки GAF и Vostok? – задаю я вопрос Максиму Ерохину.

– Прямых аналогов этих белков у людей нет. Однако мы используем дрозофил как модель, потому что наш организм управляется той же самой логикой: белки на первый взгляд непохожие, но несут ту же самую функцию и контроль, создавая похожие петли ДНК для активации того или иного гена.

– А человеческие белки, которые отвечают за это, известны?

– Пока только один – CTCF, отсутствие которого может приводит к слабоумию, аутизму или шизофрении. Этот белок исследуется сейчас очень интенсивно, но мы не можем пока сказать, что полностью понимаем механизм его действия.

По словам ведущего автора исследования, кандидата биологических наук, руководителя группы эпигенетики ИБГ РАН Дарьи Четвериной, способ поиска Vostok пригодится ученым для открытия новых белков у людей. Не исключено также, что при помощи белка Vostok, при наработке его в клетках человека, специалисты смогут направленно создавать нужные петли ДНК. Но это дело более отдаленного будущего, связанного с новым направлением биологии – 3D-геномикой, которая изучает разные функции ДНК.