Krok k umělé epigenetice: Čeští vědci vymysleli chemický přepínač DNA citlivý na světlo

 
Další 1 fotografie v galerii
Zapínání a vypínání genů je řízeno několika mechanismy / Pixabay
Vědci z Akademie věd ČR a Univerzity Karlovy připravili umělý chemický přepínač DNA citlivý na světlo a učinili tak první krok na cestě k umělé epigenetice – cílenému zapínání a vypínání genů.

Genetická informace obsažená v DNA se předává během dvou následných, prostorově a časově oddělených procesů vedoucích ke vzniku proteinů. Při prvním procesu, tzv. transkripci, se celá informace jednoho genu přepíše do molekuly RNA (zvané mediatorová, mRNA).

Ta potom ve druhém kroku slouží jako vzor, podle nějž se při následné translaci v buňce syntetizuje konkrétní protein. Nad touto základní úrovní genetické informace je ovšem ještě druhá úroveň, tzv. epigenetika, která určuje, které geny jsou v daném čase aktivní, a jejich přepis do mRNA tak probíhá, a které naopak vypnuté, a jejich přepis neprobíhá.

Toto zapínání a vypínání genů je řízeno několika mechanismy. Jedním z nevýznamnějších jsou chemické úpravy DNA bází, tzv. methylace a demethylace DNA, při nichž se na daném místě DNA připojuje nebo naopak odstraňuje methylová skupina. Tyto velmi malé modifikace na DNA regulují transkripci do RNA a tím i vznik příslušných proteinů.

Tým vědců z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, Přírodovědecké fakulty UK a Mikrobiologického ústavu AV ČR pod vedením prof. Michala Hocka a dr. Libora Krásného nyní pomocí uměle připravené upravené DNA poodhalil tajemství regulace těchto epigenetických změn.

Modifikované pyrimidinové nukleobáze, které obsahují hydroxymethylovou skupinu, totiž zvyšují transkripci bakteriální RNA polymerázou. Tyto hydroxymethylované pyrimidiny se přirozeně nacházejí jako minoritní báze v genomech některých organismů. Nyní vědci připravili maskované deriváty těchto bází, které obsahují speciální fotolabilní chránící skupinu, která způsobuje, že celá takto modifikovaná DNA je z hlediska transkripce vypnutá.

Po krátkém osvícení viditelným světlem (vlnové délky 400 nm) jsou ale maskovací skupiny odstraněny a transkripce se zapíná. V dalším kroku je ale možno transkripci opět cíleně vypnout pomocí jiné reakce, enzymatické fosforylace hydroxymethylových skupin.

Tento metodický přístup je unikátní především v tom, že k přepínání využívá chemické reakce ve velkém žlábku DNA, takže by v principu mohl zavést další umělou úroveň epigenetické regulace, která by mohla fungovat paralelně s přirozenou epigenetikou.

Při ní by bylo možné poměrně jednoduchými chemickými reakcemi, které v buňce za normálních okolností neprobíhají, ovlivňovat vypínání či zapínání genů, a tím i tedy tvorbu konkrétních proteinů, které např. hrají roli v rozvoji či léčbě různých nemocí.

 
Buďte první

Mohlo by vás zajímat

Reklama