ДНК оказалась не текстом, а сценой: как тайная геометрия генома управляет болезнями

Внутри каждой человеческой клетки ДНК не просто хранит информацию, а постоянно меняет форму, образуя сложные петли и структуры. Именно эта "архитектура" генома может незаметно управлять активностью генов и влиять на здоровье. Новые исследования показывают, что даже незначительные изменения в укладке ДНК способны запускать серьёзные болезни. Об этом сообщает Science Daily.

Как выглядит геном в реальном времени

Учёные из Северо-Западного университета в США совместно с международным проектом 4D Nucleome представили самые подробные на сегодняшний день карты трёхмерной организации человеческого генома. В работе, опубликованной в журнале Nature, показано, как ДНК складывается, формирует петли и перемещается внутри ядра клетки по мере её роста, работы и деления.

"Понимание того, как геном складывается и перестраивается в трёх измерениях, имеет решающее значение для понимания работы клеток", — отмечает профессор молекулярной медицины Северо-Западного университета Фэн Юэ.

Для анализа исследователи использовали человеческие эмбриональные стволовые клетки и фибробласты. Такой подход позволил сравнить, как устроен геном в разных типах клеток и какие различия связаны с их функциями. Полученные данные дают целостное представление о том, как гены взаимодействуют между собой не на бумаге, а в живой клетке, формируя сложную систему регуляции, от которой зависит устойчивость организма к сбоям.

Петли, домены и индивидуальные различия

Анализ показал, что в каждом типе клеток формируется более 140 тысяч хроматиновых петель. Эти структуры сближают участки ДНК, которые могут находиться далеко друг от друга в линейной последовательности, но при этом напрямую влиять на включение или подавление генов. Подобные механизмы помогают объяснить, почему одни и те же мутации по-разному проявляются в тканях и почему опухоль способна подавлять иммунитет без прямого повреждения кодирующих генов.

Учёные также подробно описали хромосомные домены и их расположение внутри ядра. Трёхмерные модели генома на уровне отдельных клеток показали, что структура ДНК может заметно различаться даже между клетками одного типа. Эти различия тесно связаны с такими процессами, как транскрипция и репликация, и отражают текущее состояние клетки.

Инструменты для изучения "четвёртого измерения"

Поскольку ни один метод не способен полностью отразить динамику генома, команда сравнила сразу несколько экспериментальных технологий. Такое сопоставление позволило определить, какие подходы лучше выявляют петли, какие — границы доменов, а какие — тонкие изменения положения ДНК в ядре. Эти знания важны для дальнейших исследований, особенно в области регуляции генов и эпигенетики.

Отдельным результатом стали вычислительные модели, способные предсказывать, как будет складываться геном, опираясь только на последовательность ДНК. Это даёт возможность оценивать влияние генетических вариантов, в том числе в некодирующих областях, которые давно связывают с болезнями, так же как это делают исследования, показывающие, что апельсиновый сок меняет активность генов без вмешательства в саму ДНК.

"Поскольку большинство вариантов, связанных с человеческими заболеваниями, находятся в некодирующих областях генома, крайне важно понимать, как они влияют на экспрессию генов", — подчёркивает профессор Фэн Юэ.

Для понимания наследственности и болезней недостаточно читать ДНК как линейный текст. Пространственная организация генома формирует дополнительный уровень контроля, от которого зависят развитие, устойчивость клеток и риски заболеваний. Эти знания постепенно приближают медицину к более точной диагностике и методам терапии, учитывающим не только гены, но и их форму в пространстве.