Eine neue Entdeckung könnte die Bücher über Genetik neu schreiben

Forscher haben eine „räumliche Grammatik“ entdeckt DNA Dies definiert die Rolle von Transkriptionsfaktoren bei der Genregulation neu und beeinflusst unser Verständnis genetischer Veränderungen und Krankheiten.

Die Entdeckung eines neuen Codes in der DNA, bekannt als „räumliche Grammatik“, könnte uns dabei helfen, das Geheimnis aufzudecken, wie die Genaktivität im menschlichen Genom kodiert ist.

Diese bahnbrechende Entdeckung von Forschern der Washington State University und der University of California, San Diego, wurde in der Zeitschrift veröffentlicht NaturEine aktuelle Studie hat verborgene räumliche Grammatiken in der DNA aufgedeckt, die seit langem vermutet werden. Diese Forschung könnte das Verständnis der Wissenschaftler über die Genregulation verändern und darüber, wie genetische Variationen die Genexpression während der Entwicklung oder bei Krankheiten beeinflussen können.

Erkennung von Positionsabhängigkeiten

Eine entscheidende Rolle in diesem Code spielen Transkriptionsfaktoren, Proteine, die steuern, welche Gene im Genom ein- oder ausgeschaltet werden. Lange wurde davon ausgegangen, dass sie entweder als Aktivatoren oder Repressoren der Genaktivität wirken. Diese Forschung zeigt jedoch, dass die Funktion von Transkriptionsfaktoren komplexer ist.

„Im Gegensatz zu dem, was man in Lehrbüchern findet, sind Transkriptionsfaktoren, die als echte Aktivatoren oder Repressoren fungieren, überraschend selten“, sagte Sascha Dutke, Assistenzprofessor an der Washington State University, der den Großteil der Forschung an der School of Molecular Biosciences leitete die Hochschule für Veterinärmedizin.

Stattdessen haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die meisten Stimulanzien auch als Hemmstoffe wirken können.

„Wenn Sie den Aktivator entfernen, gehen Sie davon aus, dass die Aktivierung verloren geht“, sagte Baylee McDonald, eine Doktorandin an der Washington State University, die Teil des Forschungsteams war. „Aber das stimmte nur in 50 bis 60 % der Fälle.“ , also wussten wir, dass es einen Fehler gab.“

Bei näherer Betrachtung stellten die Forscher fest, dass die Funktion vieler Transkriptionsfaktoren stark ortsabhängig ist.

Forscher haben herausgefunden, dass der Abstand zwischen Transkriptionsfaktoren und ihrer Position relativ zum Beginn der Gentranskription das Ausmaß der Genaktivität bestimmt. Beispielsweise können Transkriptionsfaktoren die Genexpression aktivieren, wenn sie stromaufwärts oder vor der Stelle platziert werden, an der die Transkription eines Gens beginnt, aber ihre Aktivität hemmen, wenn sie stromabwärts oder hinter der Stelle platziert werden, an der die Transkription eines Gens beginnt.

„Es ist der Abstand oder die ‚Umgebung‘, die bestimmt, ob ein bestimmter Transkriptionsfaktor als Aktivator oder Repressor fungiert“, sagte Dutke. „Das zeigt, dass wir, ähnlich wie beim Erlernen einer neuen Sprache, die Wörter und Grammatikregeln verstehen müssen, um zu lernen, wie Genexpressionsmuster in unserem Genom kodiert sind.“

Implikationen für die Genforschung

Christopher Penner, Assistenzprofessor an der University of California in San Diego, erwartet, dass Wissenschaftler durch die Einbeziehung der neu entdeckten „räumlichen Regeln“ ein tieferes Verständnis dafür erlangen können, wie Mutationen oder genetische Variationen die Genexpression beeinflussen und zur Krankheit beitragen.

„Die potenziellen Anwendungen dieser Technologie sind enorm und werden zumindest die Art und Weise verändern, wie Wissenschaftler die Genexpression untersuchen“, sagte Benner.

Referenz: „Positionsabhängige Funktion menschlicher sequenzspezifischer Transkriptionsfaktoren“ von Sascha H. Dutke, Carlos Guzman, Max Zhang, Nathaniel B. delos Santos, Billy R. McDonald, Jia Li Shi, Aaron F. Karlin, Sven Heinz, und Christopher Penner, 17. Juli 2024 . Natur.
doi: 10.1038/s41586-024-07662-z