О том, что ДНК состоит из четырех основных блоков – аденина, гуанина, тимина и цитозина – ученые знают на протяжении десятилетий. Эти четыре основания, описанные во всех учебниках, стали основой для развития науки, объясняющей, как гены кодируют жизнь. Не так давно этот список был расширен с четырех до шести. А несколько дней назад ученые из Школы медицины Университета Северной Каролины (University of North Carolina) сообщили об открытии седьмого и восьмого оснований ДНК, опубликовав статью о своей работе в интернет-издании журнала Science.

Два новых основания – 5-формилцитозин (5-formylcytosine) и 5-карбоксилцитозин (5-carboxylcytosine) – фактически являются вариантами цитозина, модифицированного белками Tet. Как полагают ученые, белки Tet играют определенную роль в деметилировании ДНК и перепрограммировании стволовых клеток.

Профессор биохимии и биофизики UCN
И Чжан (Yi Zhang), PhD.
(Фото: news.unchealthcare.org)

«Прежде чем мы в полной мере сможем оценить масштаб этого открытия, нужно определить функции новых оснований», – говорит старший автор исследования И Чжан (Yi Zhang), профессор биохимии и биофизики UCN и научный сотрудник Медицинского института Говарда Хьюза (Howard Hughes Medical Institute). «Так как эти основания представляют собой промежуточные соединения, образующиеся в процессе деметилирования, они могут быть важны как для перепрограммирования судьбы клеток, так и для развития рака – и то и другое связано с деметилированием ДНК».

Ученым уже многое известно о «пятом основании» – 5-метилцитозине (5-methylcytosine), которое образуется, когда к цитозину присоединяется химическая метка – метильная группа. Метилирование связано с подавлением функции генов, так как приводит к еще более плотному сворачиванию двойной спирали ДНК.

В прошлом году группа профессора Чжана сообщила, что белки Tet могут преобразовывать 5-метилцитозин (пятое основание) в 5-гидроксиметилцитозин (5-hydroxymethycytosine) (шестое основание) в ходе первой стадии четырехстадийной реакции, ведущей к возвращению к «чистому», не модифицированному цитозину. Но как не старались ученые, им не удалось продолжить эту реакцию до получения седьмого и восьмого оснований – 5-формилцитозина и 5-карбоксилцитозина.

Проблема, как выяснилось, заключалась не в белке Tet, «не желавшем» катализировать последующие стадии, а в недостаточной чувствительности анализов. Повысив чувствительность, ученые, наконец, смогли обнаружить седьмое и восьмое основания. Изучение эмбриональных стволовых клеток и органов мышей подтвердило, что оба новых основания могут быть обнаружены в геномной ДНК.

Это открытие может иметь важные последствия для изучения стволовых клеток, давая возможность «заглянуть» в изменения в молекуле ДНК – такие как удаление химических групп посредством деметилирования. Известно, что результатом деметилирования может стать перепрограммирование взрослых клеток и их трансформация в стволовые. В руках ученых, таким образом, могут оказаться новые инструменты для стирания предыдущих моделей метилирования и перепрограммирования судьбы клеток.

Ценнейшую информацию получают и исследователи рака: у них появляется возможность реактивировать гены-супрессоры раковых опухолей, функция которых подавленна метилированием ДНК.

Аннотация к статье

Tet Proteins Can Convert 5-Methylcytosine to 5-Formylcytosine and 5-Carboxylcytosine