Починати помилку в генетичному коді
У МДУ навчаються «лагодити» ДНК, пошкоджену в процесі життя людини
— Що таке епігенетика?
— Програми розвитку організму та його стан на кожному етапі цього розвитку можуть змінюватись залежно від навколишніх умов. Ці програми визначаються як генетичним кодом, а й модифікаціями білків, що з ДНК, чи самої молекули ДНК — це називають «эпигенетическим кодом».
Основні білки, які зв'язуються із ДНК у людських клітинах, називаються гістонами. Вони роблять це хаотичним чином, а формують структури, звані нуклеосомами. Це комплекс із восьми білків-гістонів із «навернутою» на них ділянкою ДНК довжиною приблизно 150 пар нуклеотидів — як нитки на котушку. Стан організму визначається як самим генетичним кодом, а й, зокрема, станом цих білків-гістонів, наприклад міцністю їхнього зв'язку з ДНК. Більш того, ці стани багато в чому успадковуються і можуть відповідати за розвиток низки пов'язаних з пошкодженням ДНК захворювань.
— Як досліджують епігенетичний код?
— Щоб зрозуміти, як створюється та підтримується епігенетичний код, ми досліджуємо процеси, що відбуваються під час транскрипції ДНК у РНК. Це початок біосинтезу білка - перший етап процесу експресії генів, під час якого інформація, закладена в генетичному коді, перетворюється на молекули різних білків. Цей процес ми вивчаємо на молекулярному рівні і дивимося, як ферменти, які декодують ДНК в РНК, рухаються ДНК, як на них впливають пов'язані з ДНК молекули білків, як при цьому відбувається збереження та зміна модифікацій білків-гістонів.
Мономолекулярні методи є одним із найсучасніших підходів до вивчення епігенетичних процесів, і було особливо цікаво організувати такіроботи у МДУ. Їхня розробка методів потребує міждисциплінарних підходів — одні біологи не можуть такий метод розробити. Ця техніка ґрунтується на використанні лазерів, тому я зв'язався з фізиками. Наприкінці першого року існування лабораторії розпочалося співробітництво з лабораторією Олексія Валерійовича Феофанова з Інституту біоорганічної хімії РАН.
— Чому знадобилася допомога фізиків?
— Які можливості дає це обладнання?
— З погляду фундаментальної науки це дозволяє вивчати з безпрецедентним тимчасовим і просторовим вирішенням механізми різних процесів на мономолекулярному рівні. Зараз ми фокусуємось на механізмі транскрипції ДНК у РНК. Цим займається фермент полімеразу. Гістони, пов'язані з ДНК, створюють перешкоду на шляху полімерази, яка йде ланцюгом ДНК. Вона має якимось чином пройти між білками та ДНК. Завдання топологічно спочатку здавалося нерозв'язним, тому що ДНК і гістон формують досить компактні і міцні структури (вже згадані нуклеосоми). Як полімераза проходить через нуклеосому, було незрозуміло. Нині це завдання переважно вирішено, досліджуються деталі молекулярного механізму.
Такі дослідження важливі для розуміння, як зберігаються регуляторний та успадкований коди, які порушуються при багатьох захворюваннях. Наприклад, за різних типів раку. Крім того, за допомогою наших технік ми можемо подивитися механізми дії різних факторів, залучених у розвиток цього захворювання.
— Які об'єкти ви досліджуєте?
— Зокрема, ми працюємо із ферментом PARP. Цей білок є однією з основних мішеней для протиракових препаратів – проводяться цілі конференції, присвячені лише йому. З цим білком є проблема у створенні антиракових ліків,оскільки вони діють з його ферментативну активність, яка перетинається з ферментативної активністю багатьох інших білків. Через те, що ліки взаємодіють одночасно з багатьма іншими ферментами, виникає багато побічних ефектів. Ми сподіваємося, вивчаючи механізм дії цього білка, знайти нові цілі для дії протиракових препаратів. У нас є гарні напрацювання в цьому напрямку, і ми отримали міністерський грант для цих досліджень на три роки. За цей час ми сподіваємось знайти шляхи вирішення проблеми.
Друга мета для нового покоління антиракових антибіотиків - білковий комплекс FACT, який також бере участь у процесі транскрипції ДНК. З ним ситуація схожа, і ми маємо грант від Академії наук на розробку системи для тестування дії перспективних антиракових препаратів.
— Як працює лабораторія після закінчення мегагранта?
— За основним проектом — дослідженням механізму транскрипції ДНК — я маю фінансування і в Америці, і в Україні. Фокус проектів різний, але суть одна: ми досліджуємо механізми копіювання та збереження стану клітини за такого копіювання. Ми використовували мегагрант для створення міжлабораторної співпраці, а зараз перейшли на самозабезпечення за рахунок різних грантів.