Наука продолжает раскрывать удивительную сложность человеческого тела. Одним из последних и наиболее значимых руководящих принципов в этой области является идентификация «переключения» (Переключатель) гены — те, которые не показывают плавную вариацию в уровнях их экспрессии, но категорически «активны» (на) или «неактивный» (выключенный), без промежуточных условий. Открытие ученых из Университета Буффало, опубликованное в Природа Коммуникации раскрывают новые идеи о экспрессии генов, его функциях в организме и его роли в развитии заболеваний.
Как правило, экспрессия генов описывается как процесс с постепенным изменяющимся активностью, в которой уровни экспрессии чаще всего встречаются при среднем. Это объясняет, почему большинство биологических характеристик, такие как высота или уровни холестерина, распределяются так, что большинство значений близки к среднему, а чрезвычайно высокие или низкие значения редки. Тем не менее, новое исследование показывает, что сотни генов не показывают постепенную активность, но функционируют как стандартные ключи — полностью активные или полностью неактивные, без промежуточных условий. Такие гены редки, но их роль в биологических процессах важна.
Ученые использовали огромную базу данных GTEX (Проект экспрессии генотипа-тканейкрупный международный научный проект), который содержит информацию о ДНК, активности генов и их химических изменениях (метильные данные) почти тысячи человек и 27 типов ткани для выявления 473 переключающих генов. Только 40 из них функционируют как переключатели во всех тканевых испытаниях, в то время как остальные демонстрируют этот тип выражения только в определенных. Например, некоторые гены активны только в конкретных органах или в определенных условиях, которые показывают связь с тканеспецифическими процессами и регуляцией гормонов. Данные метиломы показывают, где существуют небольшие химические «метки» на ДНК (метильные группы), которые могут замолчать гены. Такие эпигенетические механизмы, включая метилирование ДНК, оказываются важными для поддержания универсального исключения некоторых из этих генов.
Важным аспектом этого открытия является связь между переключением генов и риском различных заболеваний. Исследователи обнаружили, что некоторые из этих генов связаны с предрасположенностью к раку, бесплодию и даже более слабым иммунным ответом на инфекции. Например, полное отсутствие экспрессии CYP4F24P и GPX1P1 связано с более высоким риском карциномы носоглотки. Это открывает возможность представить новые, более точные генетические скрининговые тесты. Подобно тестам на мутацию BRCA1 и BRCA2 при раке молочной железы, выявление «выключенного» защитного гена может направить к более активному мониторинге или профилактике в присутствии повышенного риска развития заболевания.
Открытия имеют особое значение для здоровья женщин. Команда ученых обнаруживает, что некоторые гены, которые очень активны в ткани влагалища до менопаузы, «исключены» после этого у некоторых женщин. Это может способствовать развитию состояния атрофии вагинальной атрофии, в котором стены влагалища становятся более тонкими, сухой и более подверженной воспалению. Данные показывают, что при лечении эстрогена эти гены снова активируются, а симптомы уменьшаются. Это означает, что ранняя идентификация женщин с более низким уровнем экспрессии этих генов может помочь предотвратить или своевременно лечить атрофию влагалища после менопаузы.
В дополнение к уровням экспрессии генов, исследователи также подчеркивают роль альтернативного предложения, процесс, в котором ген может создавать отдельные варианты белка (изоформы) в отдельных тканях или в различных условиях. Если этот процесс регулируется путем «переключения» генов, он может выявить новые причины для развития заболеваний и предложить более точные маркеры для оценки риска заболевания и лечения.
Эти результаты открывают дверь для новых методов персонализированной медицины, лучшее понимание генетической предрасположенности к заболеванию и более эффективное использование профилактических и терапевтических стратегий. Кроме того, они закладывают основу для будущих исследований в области эпигенетики, альтернативного предложения и сложных взаимодействий между генетикой, окружающей средой и болезнями.
Ссылки:
1. AQIL A, Li Y, Wang Z, et al. Подобная переключающей экспрессии генов модуляции риска заболевания. Nat Commun. 2025; 16 (1): 5323. DOI: 10.1038/S41467-025-60513-X
2. Консорциум GTEX. Проект экспрессии экспрессии генотипа (GTEX). Nat Genet. 2013; 45 (6): 580-585. Doi: 10.1038/ng.2653
3. Young MD, Behjati S. Soupx удаляет загрязнение РНК окружающей среды из данных последовательной РНК на основе капель. Гигаскаука. 2020; 9 (12): GIAA151. Doi: 10.1093/gigascience/giaa151
4. Allis CD, Jenuwein T. Молекулярные признаки эпигенетического контроля. Nat Rev Genet. 2016; 17 (8): 487-500. Doi: 10.1038/nrg.2016.59
5. Sanchez-Vega F, Mina M, Armenia J, et al. Онкогенные сигнальные пути в атласе генома рака. Клетка. 2018; 173 (2): 321-337.e10. Doi: 10.1016/j.cell.2018.03.035