Badanie utrzymania epigenomu po uszkodzeniu promieniowaniem UV
W komórkach wszystkich organizmów żywych aktywność genów jest kontrolowana przez zbiór białek histonowych i chemicznych modyfikacji DNA znanych jako epigenom. Nie wiadomo jednak, w jaki sposób modyfikacje epigenomowe ulegają zmianie po uszkodzeniu samego DNA, w tym w jaki sposób pomagają w naprawie DNA. „Jest to obszar trudny do badania, ponieważ epigenom obejmuje wiele poziomów organizacji, na które potencjalnie może wpływać uszkodzenie DNA”, wyjaśnia Sophie Polo(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Centrum Epigenetyki i Losu Komórkowego (Uniwersytet Paris Cité i Narodowe Centrum Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (CNRS)). „Co więcej, niektóre zmiany epigenomu mogą być bardzo krótkotrwałe, a przez to trudne do wychwycenia”, dodaje. W ramach projektu REMIND, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie), Polo i jej współpracownicy starali się wypełnić tę lukę w wiedzy poprzez przeprowadzenie szeroko zakrojonej czasowej analizy zmian epigenomu w ludzkich komórkach poddanych uszkodzeniom UV. Naukowcy chcieli odkryć zmiany molekularne przyczyniające się do naprawy i odbudowy chromatyny, materiału, z którego zbudowane są chromosomy.
Badanie wpływu uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem UV na epigenom
Zespół skupił się na cechach epigenomicznych w komórkach ssaków na trzech poziomach, które wpływają na to, czy geny są włączane, czy wyłączane: białka histonowe, które zmieniają, na ile ściśle lub luźno upakowane jest DNA, metylacja DNA, modyfikacja chemiczna, która może wyciszać i wyłączać geny, oraz struktury chromatyny wyższego rzędu, które definiują funkcjonalnie odrębne regiony genomu. W badaniach laboratoryjnych zbadano zmiany na tych trzech poziomach po ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe, zarówno w hodowanych komórkach ludzkich, jak i mysich. Uczeni opracowali również kilka nowych metodologii, które pozwoliły im uchwycić chromatynę w miejscach naprawy uszkodzeń UV, by następnie przystąpić do analizy powiązanych białek zaangażowanych w modyfikacje histonów i DNA. Byli w stanie także prześledzić dynamikę cech epigenomu i modyfikatorów epigenomu w miejscach uszkodzeń UV w czasie rzeczywistym przy użyciu obrazowania żywych komórek po lokalnym napromieniowaniu UV.
Poznawanie mechanizmów utrzymania epigenomu podczas naprawy DNA
W ramach projektu udało się dokonać kilku kluczowych odkryć dotyczących mechanizmów utrzymania epigenomu, dotyczących na przykład identyfikacji enzymów modyfikujących histony (które dokonują zmian chemicznych) i czytników modyfikacji histonów (które odczytują zmiany chemiczne). Są one rekrutowane do miejsc naprawy uszkodzeń UV wraz z chaperonami histonowymi, które koordynują dynamikę starych i nowych histonów w miejscach naprawy. Zespół odkrył kluczową interakcję między enzymami modyfikującymi histony i odkładaniem histonów w celu ochrony integralności chromatyny wyższego rzędu, a także przeanalizował mechanizmy utrzymania metylacji DNA w miejscach naprawy uszkodzeń spowodowanych UV. „Zarówno te nowe odkrycia, jak i metodologie opracowane w ramach projektu są bardzo interesujące dla naukowców zajmujących się stabilnością genomu i epigenomu”, mówi Polo. „Nasze odkrycia poszerzają wiedzę na temat utrzymania epigenomu po uszkodzeniu DNA na poziomie mechanistycznym”.
Potencjalny wpływ na procesy starzenia się i nowotwory
Nowe metody opracowane w ramach projektu REMIND mogą zostać wykorzystywane do badania innych cech epigenomicznych lub składników chromatyny w odpowiedzi na uszkodzenia spowodowane promieniowaniem UV lub inne szkodliwe procesy. „Dokładne zrozumienie czynników zaangażowanych w utrzymanie chromatyny po uszkodzeniu DNA może doprowadzić do stworzenia strategii przeciwdziałania szkodliwym skutkom niestabilności chromatyny obserwowanym w starzeniu i nowotworach”, twierdzi Polo. Zespół zamierza kontynuować prace nad zmianami modyfikacji histonów i ich funkcjami podczas naprawy uszkodzeń spowodowanych promieniowaniem UV. „Aby poszerzyć horyzonty badań, przyjrzymy się także roli RNA i modyfikacji RNA w reakcji na uszkodzenia spowodowane promieniowaniem UV”.
