Istraživači sa Caltech-a razvili su novu metodu za mapiranje položaja stotina proteina povezanih sa DNK unutar ćelijskih jezgara u isto vreme. Metoda, nazvana ChIP-DIP (Chromatin ImmunoPrecipitation Done In Parallel), je svestran alat za razumevanje unutrašnjeg rada jezgra tokom različitih konteksta, kao što su bolest ili razvoj.
Istraživanje je sprovedeno u laboratoriji Mičela Gutmana, profesora biologije, a opisano je u radu koji se pojavljuje u časopisu Nature Genetics.
Skoro sve ćelije u ljudskom telu sadrže istu DNK, koja kodira plan za stvaranje svakog tipa ćelije u telu i usmeravanje njihovih aktivnosti. Uprkos tome što imaju isti genetski materijal, različiti tipovi ćelija izražavaju jedinstvene skupove proteina, omogućavajući različitim ćelijama da obavljaju svoje specijalizovane funkcije i da se prilagode uslovima u svom okruženju. Ovo je moguće zbog pažljive regulacije unutar jezgra svake ćelije i uključuje hiljade regulatornih proteina koji se lokalizuju na precizna mesta u jezgru.
Pošto je jezgro 50 puta manje od širine ljudske dlake, ćelijska DNK — koja je dugačka 2 metra kada je ispružena od kraja do kraja — omotana je poput kolutova konca oko proteinskih struktura zvanih histoni. Histoni se mogu modifikovati i reorganizovati tokom životnog veka ćelije da bi otkrili različite delove DNK, dok pakuju druge, omogućavajući ćeliji da promeni skup proteina koji se eksprimiraju, a samim tim i svoju funkciju. (Kao analogiju, zamislite da svoju zimsku odeću spakujete u zadnji deo svog ormana tokom leta i da je vratite kada postane hladnije.)
Dakle, iako je potpuni komplet DNK unutar moždane ćelije i ćelije jetre isti, dve ćelije imaju različite histonske modifikacije i druge regulatorne proteine, omogućavajući ekspresiju jedinstvenih skupova gena u svakoj. Ako ovaj propis pođe po zlu, to može dovesti do ozbiljnih bolesti kao što su rak, zapaljenske bolesti ili neurodegeneracija.
Uprkos svojoj važnosti, razumevanje regulacije gena je bilo veoma izazovno jer su prethodne metode proučavanja regulatornih proteina mapirali jedan po jedan. ChIP-DIP sada omogućava istraživačima da istovremeno mapiraju stotine regulatornih proteina povezanih sa DNK i naprave snimke kako se oni menjaju tokom vremena.
Isabel Goronzi (Ph.D. ’24), bivša diplomirana studentica u laboratoriji Guttman i prvi autor novog rada, objašnjava snagu nove tehnike: „Koristili smo ChIP-DIP da pokažemo kako nakon upalnog događaja , ćelije imunog sistema brzo menjaju svoje histonske proteine u roku od nekoliko sati kako bi aktivirale inflamatorne gene.
„Takođe smo koristili ChIP-DIP da identifikujemo kombinacije proteina koje regulišu koji su geni aktivni ili će postati aktivni kao odgovor na stres ili tokom razvoja. Prethodnim međunarodnim projektima zasnovanim na konzorcijumu je trebalo skoro deceniju da sprovedu nekoliko hiljada eksperimenata, ali mi sada su uradili preko 500 u rasponu od nekoliko nedelja.“
Tehnologija je izuzetno moćna za razumevanje regulacije gena tokom različitih bolesnih stanja, kažu istraživači. Dok su prethodne tehnike mogle da mapiraju samo jednu vrstu proteina u isto vreme, ChIP-DIP može da pogleda stotine odjednom da bi dao sveobuhvatnu sliku u retkim tipovima ćelija i u uzorcima zdravih i bolesnih tkiva pacijenata.
„Možemo da primenimo ChIP-DIP da bismo razumeli epigenetske potpise [kako faktori životne sredine utiču na ekspresiju gena] bolesti“, kaže postdoktorski naučnik Andrev Perez (Ph.D. ’24), koautor nove studije. „Potreban nam je samo jedan uzorak za mapiranje stotina proteina odjednom.“
„Ovo je decenijama bio dugogodišnji cilj polja genomike“, kaže Guttman. „ChIP–DIP menja paradigmu onoga što je moguće.“
