«Фантом» светлого будущего
Успешно завершился очередной этап проекта «FANTOM», цель которого — выяснить, как функционируют гены в различных тканях и клетках. Несмотря на название, «FANTOM» не ищет темные «призраки прошлого», а открывает грандиозные перспективы в светлое будущее. Результаты этой перспективной работы имеют большое практическое значение для развития современной медицины и фармацевтики
Об истории проекта
Проект FANTOM (Functional Annotation of Mammalian Genomes), аббревиатура которого расшифровывается как «функциональная характеристика генома млекопитающих», стартовал в 2000 г. Цель проекта заключалась в составлении атласа генной активности в клетках и тканях млекопитающих и прежде всего человека. В основу была положена методика кэп-анализа экспрессии генов для определения последовательности ДНК, с которых начинается считывание генетической информации. Методика была разработана в 90-е годы прошлого столетия в японском Институте физико-химических исследований под руководством Йошихиде Хайяшизаки. Работа над проектом организована по принципу аутсорсинга — данные лежат на серверах, а более 250 ученых из 114 лабораторий 20 стран мира скачивают и анализируют постоянно обновляемую информацию. Усилия исследователей направлены на то, чтобы последовательно приближаться к пониманию работы генома.
О сути работы
В организме человека функционирует около 400 различных типов клеток, которые обеспечивают формирование органов и тканей тела. Поразительно, что абсолютно все клетки нашего организма содержат одинаковые гены и при этом клетки разных тканей кардинально отличаются друг от друга: клетки печени не похожи на нервные или на клетки крови. Причины таких различий заключаются в том, какую именно часть генома они используют в процессе своего индивидуального развития и метаболизма. Очевидно, что работа генов неодинакова в разном месте и в разное время. Но как это регулируется — является самым главным секретом нашего генома. Специфическую активность в различных типах клеток и тканей определяют промоторы, которые запускают работу гена, а также энхансеры — усилители генной экспрессии. В результате проекта FANTOM удалось идентифицировать более 180 000 промоторов и 44 000 энхансеров в 180 типах клеток человека. Выяснилось, что регуляция степени транскрипции специфична для определенных типов клеток и в каждой из них реально функционирует совсем немного генов. Кроме того, был составлен атлас активности 1500 регуляторных белков в разных клетках. Это своего рода наглядная глобальная база данных в отношении регуляции. Теперь можно увидеть не только где и какие гены работают, но и как они регулируются — то есть понять, как те или иные клетки обретают свою индивидуальность. Что это дает с практической точки зрения?
О практической пользе
Главный потенциал данной работы лежит в практической сфере. С практической точки зрения этот проект имеет даже большее значение, чем «Геном человека». Прочтение последовательности кода ДНК, смысла которого мы пока не понимаем, это не расшифровка генома, а наоборот — зашифрованное послание, которое надо расшифровать. Проект FANTOM как раз и нацелен на истинную расшифровку генома, объясняя, как именно функционируют гены. Благодаря этому появилась возможность понять, почему клетки тканей имеют индивидуальный клеточный тип, что приближает нас к управлению дифференцировкой тканей и клеток. Это один из фундаментальных вопросов биологии и, кроме того, это очень важно для регенеративной клеточной медицины. На основе последовательности промотора можно создавать генноинженерные конструкции для исследовательских целей, направленной на дифференцировку клеток и разработку генной терапии различных заболеваний, например, рака. Это открытие имеет большой потенциал, поскольку позволяет обнаружить нарушения на молекулярном уровне.
О грандиозных перспективах
Глобальность и понимание актуальности проекта FANTOM была по достоинству оценена мировым сообществом. В рамках исследования было установлено, какие именно гены используются в каждой из клеток человеческого тела и какие участки генома этим управляют. Эти данные впервые позволили получить целостное представление о структуре сложной сети молекулярных взаимодействий, поэтому атлас активности генов имеет огромный потенциал для перспективных исследований. В отличие от проекта Encode, анализировали не раковые линии, а неповрежденные клетки, поскольку для понимания работы генома необходимо прежде всего понять принцип функционирования здоровых клеток. Но в дальнейшем эти же методы позволят изучить генную активность и в патологических клетках пациентов с различными заболеваниями. Анализируя взаимосвязи активности генов и механизмы поломки на молекулярном уровне, можно понять, как и какие изменения в геноме приводят к заболеваниям. Таким образом, начинается освоение областей регенеративной медицины и персонализированной терапии и фармацевтики.
Татьяна Кривомаз, канд. биол. наук
“Фармацевт Практик” #7-8′ 2014
