27.03.2012

Открыт новый тип экстрахромосомной ДНК

Группа ученых из Университета Вирджинии и Университета Северной Каролины обнаружила в мышиных и человеческих клетках ранее неизвестный тип экстрахромосомных кольцевых молекул ДНК (extra-chromosomal circular DNA, eccDNA). Новый тип кольцевой ДНК назван микроДНК (microDNA)

Приборы для секвенирования ДНК в Объединенном институте генома (Joint Genome Institute), Калифорния, США.

Это небольшие кольца, состоящие из 200-400 пар оснований. В отличие от других форм eccDNA, последовательности пар оснований в микроДНК не повторяются и обычно ассоциированы с определенными генами. По мнению ученых, микроДНК могут быть результатом и побочным продуктом микроделеций в хромосомах, а это значит, что все клетки организма могут иметь свой собственный набор и местоположение недостающих фрагментов ДНК.
Секвенирование ДНК позволяет определить точный порядок четырех азотистых оснований, входящих в состав гена. Здесь ДНК разрезается на фрагменты и каждое основание помечается различными флуоресцентными красителями, так что их может различить детектор.
Профессор Аниндиа Датта (Anindya Dutta) и его коллеги выделили ДНК из образцов ткани мозга мыши, а затем удалили линейную ДНК, (состоящую из миллионов пар оснований). Полученные кольцевые ДНК были секвенированы и их структуры определены с помощью новой биоинформационной программы.
Ученые установили, что размер колец был близок к длине ДНК на нуклеосоме. Небольшой размер кольцевой ДНК удивил их, так как кольца экстрахромосомной ДНК обычно гораздо больше. Новая кольцевая ДНК отличалась и от ранее известных так называемых полидисперсных ДНК (polydispersed DNA), так как последние обычно состоят из повторяющихся последовательностей пар оснований. Еще одно интересное открытие заключалось в том, что микроДНК включают значительное количество базовых пар GC (гуанин-цитозин) при относительно небольшом количестве пар AT (аденин-тимин). Ученые повторили свои эксперименты на других тканях мышей и человеческих клетках.
Сравнив вновь открытую кольцевую ДНК с линейной хромосомной, они обнаружили, что микроДНК коррелируют с микроделециями линейной молекулы. Это соответствие позволяет предположить, что фрагменты ДНК вырезаются из генома и формируют независимые кольца. Если так, то степень мозаичности генома соматических тканей гораздо выше, чем считалось ранее, и геномная ДНК клеток данной ткани не совпадает.

В кольца, известные как плазмиды, как правило, организована бактериальная ДНК. Подобная кольцевая ДНК используется и в клонировании.

По мнению профессора Датта, данным феноменом можно объяснить определенные трудности в выявлении вызывающих заболевания аллелей. Если микроделеции произошли в ДНК клеток других тканей, а не в клетках крови, то, как следствие, секвенирование ДНК клеток крови (которые обычно и используются с этой целью) может дать ошибочные результаты. Другими словами, если, например, микроделеция в определенных клетках мозга привела к нарушению функции какого-либо гена и способствовала снижению когнитивных способностей, самое тщательное секвенирование ДНК всех клеток крови не выявит генетического виновника.
Такой сценарий может иметь важные последствия при секвенировании ДНК на аутизм или шизофрению, причиной которых считается неправильное функционирование определенных генов в клетках ткани головного мозга. Нарушениями в работе генов, в данном случае генов-супрессоров опухолей, обусловлены и многие виды рака, и в этом случае секвенирование ДНК клеток крови также не может выявить истинного положения вещей.
Пока неясно, какие процессы лежат в основе образования микроДНК, но, вероятнее всего, это происходит во время репликации ДНК или при ее репарации. Возможно, что в процесс вовлечены важные для экспрессии генов нуклеосомы (субъединицы хромосом). Во всяком случае, этим можно было бы объяснять размер микроДНК, примерно совпадающий с длиной хромосомной ДНК, накрученной на гистоновые комплексы. Но, чтобы точно определить вовлеченные в образование микроДНК процессы, необходимы дополнительные исследования.
«Это интересное открытие», - комментирует д-р Джеймс Лапски, генетик из Медицинского колледжа Бэйлора (Baylor College of Medicine) в Хьюстоне.«В большинстве исследований ДНК используются клетки крови, но, если клетки других органов имеют свой собственный набор недостающих фрагментов ДНК, такой моментальный снимок генома человека может не дать полной картины».
По мнению д-ра Лапски, интересно изучить данные о том, как микроДНК изменяются в популяции, что позволило бы выяснить потенциальные последствия широко распространенных микроделеций в соматических тканях. Д-р Датта согласен с ним и считает, что изучение этой проблемы в человеческих популяциях – большая и трудная задача. Очевидно, что микроделеции характеризуются повсеместным присутствием и оказывают серьезное воздействие на процессы репликации и репарации ДНК.« Система представляется далеко не такой стройной, какой мы склонны ее рассматривать», - отмечает ученый.
В качестве следующего этапа в ближайшем будущем исследователи планируют перейти к изучению генома раковых клеток.
Статья об исследовании опубликована в журнале Sciencе.
Авторы исследования. Университет Вирджинии(University of Virginia), Отделение биохимии и молекулярной генетики: руководитель отделения д-р Аниндиа Датта, профессор; д-р Йошивуки Шибата; д-р Панкадж Кумар; д-р Райан Лайер; д-р Джеффри Р.Гейган. Центр Изучения рака Линербергер,Университет Северной Каролины(University of North Carolina):Смаранда Уиллкокс, д-р Джек Д.Гриффит, заслуженнный профессор.

^{Фото: sciencephoto.com, C011/6490, sciencephoto.com, C011/3886

http://www.lifesciencestoday.ru/index.php/vglub-zhivoy

-materii/622-new-type-of-extrachromosomal-dna-discovered}