Всички клетки в организма носят един и същ генетичен код. Това, което ги различава, е тяхната епигенетика — прецизно подредени химични маркери, които определят кои гени са включени и кои – изключени. Грешки в този процес могат да доведат до тежки нарушения в развитието както при растения, така и при животни. Това поражда ключов въпрос: ако епигенетиката контролира гените, кой контролира епигенетиката?
Учени от Института „Салк“ са открили, че един важен епигенетичен маркер — метилирането на ДНК — може да бъде регулиран и от самата ДНК. Те показват, че специфични участъци от генетичната последователност действат като „котви“, които насочват метилиращата машина точно къде да работи. Досега се смяташе, че метилирането се влияе само от други епигенетични белези, така че това откритие представлява голяма промяна в разбирането за процеса.
Тези резултати отварят нови възможности за епигенетично инженерство — например за създаване на нови модели на метилиране с потенциални приложения в медицината и земеделието.
„В растенията и животните неправилният модел на метилиране може да причини сериозни дефекти, а при бозайниците – дори рак,“ казва ръководителката на изследването Джули Лоу. „Затова е изключително важно да разберем как метилирането се насочва към правилните места.“
Изследването е публикувано в Nature Cell Biology на 21 ноември 2025 г.
Какво е епигенетика?
Генетичната информация е записана в ДНК чрез четири букви – A, T, C и G. Тези дълги нишки са навити около белтъци, наречени хистони, и подредени в хроматин. Епигеномът представлява слой от химични модификации върху тази структура — не променя ДНК, но променя кои гени се активират.
Един от основните епигенетични маркери е ДНК метилиране, при което към някои цитозини (буквата C) се добавя метилова група. Това обикновено изключва съответния ген. Метилирането също така подтиска т.нар. транспозони — „скачащи“ елементи, които могат да дестабилизират генома.
Разбирането на това кога и как се появяват специфични модели на метилиране е ключово за разгадаване на развитието и за лечение на заболявания, свързани с епигенетични нарушения.
Защо растенията са добър модел?
Моделният растителен вид Arabidopsis thaliana понася добре експериментални изменения в епигенетиката, което го прави отлична система за изучаване на основните механизми.
В Arabidopsis метилирането се регулира от семейство от четири протеина, наречени CLASSY. Всеки от тях насочва епигенетичната машина към различни места в генома. Досега учените не знаеха как CLASSY3 избира своите мишени.
Как започват епигенетичните промени?
Предишни изследвания показваха само механизми, при които метилирането се възстановява там, където вече е съществувало — полезно за поддържане на стабилни клетъчни идентичности. Но това не обяснява как възникват нови модели — например по време на развитие или при стрес.
Изследователите задават ключов въпрос: кои механизми задействат появата на нови епигенетични модели?
Парадигмална промяна: ДНК управлява епигенетиката
Проучването на репродуктивните тъкани на Arabidopsis разкрива неочакван механизъм. Чрез генетичен скрининг учените идентифицират нов клас протеини, които назовават RIMs. Те работят заедно с CLASSY3, за да насочват метилирането към специфични ДНК последователности.
Когато тези последователности бъдат нарушени, целият път на метилиране се срива.
Оказва се, че RIM протеините разпознават конкретни участъци от ДНК, „докват“ върху тях и така насочват метилиращите ензими към околните гени. Различните комбинации от RIMs в репродуктивните тъкани създават различни модели на метилиране — първото доказателство, че самата ДНК може да „инструктира“ епигенетични промени.
Друго проучване, водено от Стивън Джейкъбсън в UCLA, потвърждава ролята на REM гените в този механизъм.
„Това откритие променя начина, по който мислим за насочването на метилирането,“ казва Лоу. „Досега смятахме, че само съществуващи епигенетични модификации могат да го ръководят. Сега знаем, че самата ДНК може да дава инструкциите.“
Източник: MedicalXpress
