Порядок, в якому різні частини ДНК подвоюються перед поділом, виявився важливим для підтримки їх епігенетичного стану - йдеться в дослідженні, опублікованому в журналі. Біологи придумали спосіб збити таймінг реплікації і змусити сегменти ДНК подвоюватися у випадковому порядку за допомогою порушення роботи гена. Через збитий таймінг реплікації порушилися епігенетичні параметри: метилювання білків-пакувальників ДНК і тривимірна структура геному.
Найважливішим відкриттям у біології останнього століття стало з'ясування ролі ДНК у формуванні ознак організмів і розшифровка генетичного коду. Однак останнім часом дослідники все більше уваги звертають не тільки на нуклеотидну послідовність геному, але і на епігенетичні фактори - вони не зачіпають послідовність нуклеотидів, але нарівні з нею впливають на активність генів і успадковуються. До таких факторів відноситься метильні і ацетильні мітки, які навішуються на нуклеотиди і білки-пакувальники ДНК. Ця мрія впливає на роботу ферментативної машини транскрипції: наприклад, вважається, що її спорідненість до метильованих генів знижується і ті гірше працюють.
Одне з найцікавіших питань епігенетики - збереження міток ДНК і білків при розмноженні клітин. Якщо скопіювати послідовність ДНК в дочірню клітку відносно просто - в процесі реплікації весь геном подвоюється і ділиться між двома новими клітинами - то з епігеномом все не так просто. Відомо, що на новосинтезіроанну ДНК мітки навішуються заново після реплікації, але точний механізм цього процесу поки не зрозумілий.
Дослідники з університету Флориди під керівництвом Кайла Кляйна (Kyle N. Klein) вивчили зв'язок виникнення епігеному і таймінгу реплікації - «розкладу», за яким подвоюються різні сегменти ДНК перед поділом. Вони видалили з різних клітинних типів білок RIF1, який бере участь у реплікації, і показали, що це повністю збиває таймінг: ділянки ДНК починають синтезуватися у випадковому порядку. Такі клітини використовували біологи, щоб вивчити, як таймінг впливає на інші процеси в клітці.
Вчені перевірили, як таймінг пов'язаний з метильними мітками на білках-пакувальниках ДНК. У нормі вони потрібні в тому числі для розмітки і вимикання непотрібних генів. Виявилося, що без таймінгу реплікації метилування змінилося у всіх районах геному.
Вважається, що пізніше всього перед поділом подвоюються щільно упаковані райони - такі клубки з ниток ДНК, в яких гени не працюють. Організацію і поділ геному на відкриті і упаковані частини вивчають за допомогою Hi-C карт, на яких показують частоту взаємодії між районами геному - тобто його тривимірну структуру. Наприклад, там, де ДНК упакована щільно, контактів між ділянками буде більше.
Такі карти вчені побудували і для клітин, в яких порушено таймінг реплікації. Виявилося, що тривимірна структура генома цих клітин відрізняється від нормальної. Цікаво, що вона корелювала зі зміненим метилуванням гістонів: щільно упаковані райони розділилися на два типи - метильовані і неметильовані.
Так вченим вдалося показати, що таймінг реплікації необхідний як для правильного розподілу епігенетичних міток, так і для тривимірної організації геному. Згідно з їхніми результатами, первинним для клітини все ж є таймінг, а не тривимірна структура. Тепер біологам належить з'ясувати, механізми впливу таймінгу на епігеном.
Епігенетичні зміни - зараз одна з найбільш досліджуваних областей. Перш за все, епігенетику вивчають у зв'язку з механізмами старіння. Нещодавно епігенетичне старіння навіть вдалося звернути назад за допомогою коктейлю з гормонів і антидіабетичних засобів, а про труднощі, які відчуває сучасна наука в спробах знайти визначення старінню, читайте в нашому тексті «Справа не в зморшках».