- 20,441
- 46
- 8 Ноя 2022
MIT доказал, что учебники биологии врали нам 50 лет об экспрессии генов.
Инженеры Массачусетского технологического института поставили под сомнение привычное объяснение того, как клетки «помнят» своё состояние. Вместо простой схемы включено или выключено эпигенетическая память работает как плавный регулятор: уровень экспрессии может закрепляться в разных точках шкалы. Такой взгляд меняет представления о роли метилирования ДНК , которое десятилетиями считалось жёстким механизмом, удерживающим клеточную идентичность и не позволяющим, к примеру, клетке кожи самопроизвольно превращаться в нейрон.
Группа Домитиллы Дель Веккьо из Школы инженерии MIT проверила это на клеточной линии яичников хомяка, хорошо известной своей стабильностью. Учёные собрали систему, где целевой ген можно было включать на разных мощностях — от едва заметного уровня до выраженной активности. В качестве маркера использовался белок синего свечения, благодаря которому разница становилась видна под микроскопом. Уже на старте клетки распределились по всей шкале: часть светилась ярко, часть слабо, а некоторые вовсе не показывали сигнал.
Затем клетки подвергли короткому импульсу метилирования ДНК — химической метки, которую считали универсальным «замком», переключающим гены только между двумя крайностями. Логика подсказывала, что система должна сдвинуться к одному из полюсов. Но результат оказался другим: каждая клетка удержала свой уровень активности, словно закрепив его. На снимках под микроскопом осталась целая палитра — от насыщенного синего до полной темноты, с множеством устойчивых промежуточных оттенков.
Не менее важно то, что такие состояния сохранялись месяцами. Промежуточные уровни держались более пяти месяцев, а значит, речь идёт не о случайных колебаниях, а об устойчивой аналоговой памяти. Клетки способны воспроизводить эти настройки при делении, не скатываясь к жёстким крайностям.
Для биологии это означает более широкий взгляд на клеточную идентичность. Если экспрессия может фиксироваться на разных уровнях, то спектр возможных фенотипов гораздо богаче, чем предполагалось. Между привычными типами могут существовать долгоживущие промежуточные состояния с собственными молекулярными параметрами, которые не вписываются в бинарную логику.
Практическое значение особенно заметно в онкологии. Опухолевые клетки умеют уходить от терапии, переходя в иные режимы работы. Аналоговая память даёт этому понятное объяснение: популяция закрепляется в промежуточных точках шкалы, где действие лекарства снижается. Понимание того, какие именно уровни держатся месяцами и как они формируются, открывает возможность подбирать лечение не только по факту наличия мишени, но и по её зафиксированному уровню активности.
Не меньше перспектив открывается и для синтетической биологии . Если модификации ДНК позволяют задавать клеткам стабильные промежуточные режимы, ткани и органоиды можно проектировать не как простые переключатели, а как системы с гибкой настройкой. Это даёт шанс создавать консорциумы клеток с заданным распределением активности и удерживать их без постоянного вмешательства.
Работа показала, что сама ДНК и её химические метки могут быть носителем аналоговой памяти. Такой механизм открывает дорогу прикладным конструкциям в инженерии живых систем. Наблюдаемый спектр состояний ставит новые вопросы: как именно клетки фиксируют промежуточные уровни, почему они выдерживают месяцы и где проходят пределы такого поведения в разных тканях.
Исследование поддержали Национальный научный фонд США, консорциум MODULUS и программа Vannevar Bush Faculty Fellowship при Управлении военно-морских исследований. Этот проект объединил механику, молекулярную биологию и инженерные подходы, чтобы проверить устойчивость состояний и показать, что идентичность клетки не ограничивается схемой да или нет.
Инженеры Массачусетского технологического института поставили под сомнение привычное объяснение того, как клетки «помнят» своё состояние. Вместо простой схемы включено или выключено эпигенетическая память работает как плавный регулятор: уровень экспрессии может закрепляться в разных точках шкалы. Такой взгляд меняет представления о роли метилирования ДНК , которое десятилетиями считалось жёстким механизмом, удерживающим клеточную идентичность и не позволяющим, к примеру, клетке кожи самопроизвольно превращаться в нейрон.
Группа Домитиллы Дель Веккьо из Школы инженерии MIT проверила это на клеточной линии яичников хомяка, хорошо известной своей стабильностью. Учёные собрали систему, где целевой ген можно было включать на разных мощностях — от едва заметного уровня до выраженной активности. В качестве маркера использовался белок синего свечения, благодаря которому разница становилась видна под микроскопом. Уже на старте клетки распределились по всей шкале: часть светилась ярко, часть слабо, а некоторые вовсе не показывали сигнал.
Затем клетки подвергли короткому импульсу метилирования ДНК — химической метки, которую считали универсальным «замком», переключающим гены только между двумя крайностями. Логика подсказывала, что система должна сдвинуться к одному из полюсов. Но результат оказался другим: каждая клетка удержала свой уровень активности, словно закрепив его. На снимках под микроскопом осталась целая палитра — от насыщенного синего до полной темноты, с множеством устойчивых промежуточных оттенков.
Не менее важно то, что такие состояния сохранялись месяцами. Промежуточные уровни держались более пяти месяцев, а значит, речь идёт не о случайных колебаниях, а об устойчивой аналоговой памяти. Клетки способны воспроизводить эти настройки при делении, не скатываясь к жёстким крайностям.
Для биологии это означает более широкий взгляд на клеточную идентичность. Если экспрессия может фиксироваться на разных уровнях, то спектр возможных фенотипов гораздо богаче, чем предполагалось. Между привычными типами могут существовать долгоживущие промежуточные состояния с собственными молекулярными параметрами, которые не вписываются в бинарную логику.
Практическое значение особенно заметно в онкологии. Опухолевые клетки умеют уходить от терапии, переходя в иные режимы работы. Аналоговая память даёт этому понятное объяснение: популяция закрепляется в промежуточных точках шкалы, где действие лекарства снижается. Понимание того, какие именно уровни держатся месяцами и как они формируются, открывает возможность подбирать лечение не только по факту наличия мишени, но и по её зафиксированному уровню активности.
Не меньше перспектив открывается и для синтетической биологии . Если модификации ДНК позволяют задавать клеткам стабильные промежуточные режимы, ткани и органоиды можно проектировать не как простые переключатели, а как системы с гибкой настройкой. Это даёт шанс создавать консорциумы клеток с заданным распределением активности и удерживать их без постоянного вмешательства.
Работа показала, что сама ДНК и её химические метки могут быть носителем аналоговой памяти. Такой механизм открывает дорогу прикладным конструкциям в инженерии живых систем. Наблюдаемый спектр состояний ставит новые вопросы: как именно клетки фиксируют промежуточные уровни, почему они выдерживают месяцы и где проходят пределы такого поведения в разных тканях.
Исследование поддержали Национальный научный фонд США, консорциум MODULUS и программа Vannevar Bush Faculty Fellowship при Управлении военно-морских исследований. Этот проект объединил механику, молекулярную биологию и инженерные подходы, чтобы проверить устойчивость состояний и показать, что идентичность клетки не ограничивается схемой да или нет.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
