Журнал @ RupertoCarola - Гейдельберзький університет
Маточні бджоли та працівники відрізняються хімічним маркуванням близько 550 генів, нещодавно виявлених вченими з Німецького центру дослідження раку (DKFZ) разом з австралійськими колегами. Дослідники раку обрали бджолу (фото: Тобіас Швердт) в якості об’єкта дослідження, щоб зрозуміти, як організми з однаковою генетичною послідовністю можуть розвиватися дуже по-різному. Це пов’язано з тим, що здорові та ракові клітини мають однаковий геном, але мають різні властивості.
Важко повірити, що вони належать до одного виду: велика, довгоживуча матка бджола все життя зайнята тим, щоб виводити на світ дітей. Натомість набагато менший працівник збирає їжу, підтримує вулик у порядку, доглядає та годує розплід - але вона сама стерильна.
А який інтерес у дослідника раку до бджіл? «Ракові клітини та здорові клітини мають ідентичний геном, але поводяться абсолютно по-різному. Це багато в чому пов’язано з різним чином метильованими генами. Маточні бджоли та робочі також мають однаковий генетичний склад, незважаючи на всі зовнішні відмінності. І тут метилові етикетки можуть бути відповідальними за відхилення розвитку », - пояснює професор Франк Лико.
У DKFZ вчений досліджує, як гени регулюються хімічним маркуванням метильними групами. Цей принцип регулювання є одним із так званих епігенетичних механізмів: хімічні зміни генетичного матеріалу, які не змінюють послідовність будівельних блоків ДНК. Клітина пристосовується до мінливих умов навколишнього середовища за допомогою цього механізму управління.
Епігенетична регуляція генів також має дуже практичне значення для дослідників раку: на хімічні маркування можуть впливати наркотики, і тому вони вважаються перспективною мішенню для нових методів лікування раку.
У вулику лише їжа визначає майбутнє потомства: якщо личинок годують пилком, розвиваються робітники. Якщо вони мають дозріти до бджолиних маток, вони отримають лише багате жирами та білками маточне молочко. Австралійські дослідники нещодавно імітували вплив цього концентрату, вимикаючи фермент у личинок бджіл, який позначає ДНК метильними групами. З цих личинок розвивалися тільки матки - без маточного молочка.
Це було чітким свідченням того, що саме метилові мітки визначають долю личинок, впливаючи на активність певних генів. У своїй поточній роботі команда Лико визначила, які саме гени роблять бджолину матку. Хоча попередні епігенетичні дослідження були зосереджені на метильному маркуванні окремих генів, команда Гейдельберга разом із експертами з бджіл з Австралії вперше порівняла метилювання всього геному маток та робітників. "Бджола із своїм маленьким геномом послужила нам зразком для випробування технології - тепер ми можемо проводити такі дослідження навіть із великими геномами людини", - говорить Френк Лико, пояснюючи чергову мету проекту.
На відміну від багато метильованого геному людини, геном бджіл містить значно менше метилових міток. Дослідники виявили чіткі відмінності між робітниками та матками у добрих 550 генах. Ці гени часто сильно зберігаються в процесі еволюції - вказівка для вчених, що вони виконують важливі функції в клітині.
Команда Lyko також визнала раніше невідомий механізм, за допомогою якого метилювання генів може впливати на утворення ознак: у бджіл метилові мітки особливо часто розташовані в так званих точках сплайсингу генів. Інструкції по монтажу для виробництва білка тут вирізані. Якщо ці місця розпізнавання зробити невпізнанними за допомогою хімічного маркування, клітина може виробляти модифікований білок з іншою функцією. "До цього часу існувала теорія, згідно з якою метилові мітки на генних перемикачах блокують зчитування генів і, таким чином, призводять до відхилення характеристик, - говорить професор Лико, - але зараз ми маємо вказівки на те, що механізм, який ми знову відкрили у бджіл, може також зіграти свою роль у ракових клітинах ".