Новая технология Salk, которая описана в журнале Science on May 4, 2017, привыкла к образцовым мутациям в эпигеноме, связанном с раком толстой кишки и восстановить надлежащие methylation образцы в стволовых клетках, полученных от пациентов, страдающих от Синдрома Анджелмена (AS), редкого нейродегенеративного расстройства, часто неправильно диагностируемого как аутизм. В дополнение к моделированию и рассмотрению эпигенетических беспорядков, технология также открывает перспективу для изучения развития человека и биологии в целом.
«Мы взволнованы тем, сколько новых проспектов эта работа открывается для понимания процессов болезни и развития эффективных новых методов лечения», говорит профессор Солка Хуан Карлос Исписуа Бельмонте, ведущий автор бумаги и держатель Роджера Гиллемина Чэра Солка. «Это был гигантский шаг, чтобы обнаружить, как отредактировать геном – эта технология, чтобы отредактировать эпигеном, другой прыгает вперед».Лаборатория Изпизюы Бельмонте недавно вела метод, чтобы изменить гены в неделящихся клетках, которые составляют большинство взрослых тканей.
Новая техника идет вне генов, чтобы предназначаться для наиболее распространенного типа эпигенетического изменения, названного ДНК methylation, в котором химические признаки, названные группами метила, свойственны ДНК. Как правило, эти признаки отмечают ген как готовый быть включенными или выключенными. Все больше ученые узнают, что ДНК methylation вовлечена в диапазон физиологических и патологических процессов от эмбрионального развития до начала определенных болезней позже в жизни, включая рак.
Исследователи обнаружили способы изменить methylation статус на коротких последовательностях ДНК, но никто не был в состоянии внести изменения придерживаться в широком диапазоне (предпосылка для надлежащей активации генов или деактивации) до сих пор.Поскольку 80 процентов ДНК млекопитающих – methylated, лаборатории Изпизюы Бельмонте было любопытно на предмет регионов, которые являются unmethylated.
Как это ни парадоксально эти регионы часто богаты потенциалом methylation места и имеют тенденцию быть близко к областям генов, где транскрипция генетической информации начинается. Все же так или иначе эти регионы, которые называют островами CpG, обычно остаются unmethylated.Исследователи выдвинули гипотезу, что вмешательство с островами CpG могло бы вызвать новый methylation.
Чтобы проверить эту гипотезу, команда сначала использовала молекулярные инструменты, чтобы вставить ДНК без CpGs в остров близко к гену MLH1. MLH1 обычно unmethylated, но приводит к повышенному риску рака толстой кишки, если это становится methylated. Команда смогла подражать отклоняющемуся methylation в гене рака толстой кишки как доказательство принципа, чтобы начать понимать, как неправильный methylation связан с раковыми образованиями.«Что интересно об островах CpG, то, что они сопротивляются methylation», говорит Юта Тэкэхэши, научный сотрудник Salk и первый автор статьи. «Но вводя CpG-бесплатную ДНК, мы можем отвергнуть оборудование, которое блокирует ее, и затем вызовите ДНК methylation всего острова».
Знание их могло вызвать methylation, где это не принадлежит, команда затем пыталась приложить признаки метила, где они действительно принадлежат на геноме, но отсутствуют, такой как при некоторых болезнях. Синдром Анджелмена (AS) следует из отклоняющейся ДНК methylation, который вызывает потерю белка UBE3A в нейронах. Это приводит к когнитивным расстройствам в пациентах. При помощи их технологии команда исправила неправильную ДНК methylation и восстановила уровни белка UBE3A в КАК нейронные клетки в блюде.
Самый захватывающий, по словам исследователей, было то, что все methylation образцы, которые они ввели, были стабильны со временем, который не был верен для других эпигенетических технологий. Даже удаление CpG-бесплатной ДНК не затрагивало новый methylation.
Открытие предлагает способ переписать эпигенетические отметки на островах CpG, а также обеспечение понимания механизма, которым острова CpG защищены от ДНК methylation.«Замечательно, что мы разработали новую технологию, которая допускает прочное редактирование ДНК methylome в островах CpG в плюрипотентных стволовых клетках, которые помогут развивать терапию замены клетки для эпигенетических беспорядков», говорит Юн Ву, научный сотрудник Salk и один из соавторов газеты. «Но обнаруживая основные механизмы ДНК methylation, мы надеемся сделать еще больше с этой технологией».