Ученые Института Вейцмана исследовали роль Z-ДНК в обучении клеток иммунной системы
Вилочковая железа или тимус играет огромную роль в обучении иммунной системы. Но многие биологические механизмы процесса обучения до сих пор неясны. Ученые Института Вейцмана показали, какую роль в этом процессе играет левозакрученная Z-ДНК.
Недавно мы писали о втором случае пересадки свиной генномодифицированной почки человеку. Пациентке пересадили не только почку, но и свиную вилочковую железу или тимус. Этот орган играет огромную роль в "обучении" иммунной системы.
Все клетки живого организма содержат одну ДНК. При образовании специализированных тканей, например, нейронов нервной системы или клеток эпителия кишечника или клеток миокарда, одни гены ДНК продолжают работать, а другие "замолкают".
Нужные гены работают (экспрессируют) только в тех тканях, в которых эти гены нужны. Так происходит почти везде в организме, кроме специальных клеток тимуса: здесь экспрессируют практически все гены, которые есть в ДНК (у мышей – это 80% всех генов). Это необходимо для того, чтобы Т-клетки иммунной системы научились узнавать клетки организма, и их не атаковали.
Механизм работы генов в тимусе достаточно сложный. И ученые до сих пор разбираются, каким образом происходит экспрессия генов не в специализированных тканях. Было показано, что за такую экспрессию отвечает особый белок – AIRE. Этот белок запускает чтение (транскрипцию) многих генов в тимусе. AIRE работает не один, ему необходима поддержка еще по крайней мере 50 разных молекул.
Ученые из Института Вейцмана исследовали процесс активации генов в тимусе. Результаты работы опубликованы в журнале Cell Research.
Ученые изучили, как запускается транскрипция в клетках тимуса и почему одни гены являются AIRE-чувствительными (белок заставляет их работать), а другие – AIRE-нейтральными (это гены, на которые белок не влияет).
Ученые использовали самые последние достижения в алгоритмах глубокого обучения, основанных на сверточных нейронных сетях. Нейросети были обучены различать области промотора (это стартовая площадка транскрипции) AIRE-индуцированных генов и AIRE-нейтральных генов в клетках тимуса.
Оказалось, что очень важную роль для запуска транскрипции генов в клетках тимуса играет Z-ДНК. Это левозакрученная ДНК (в отличие от широко распространенной B-ДНК, которая является правозакрученной). Z-ДНК присутствует практически во всех живых организмах, но ее роль до сих пор неясна. Теперь ученые показали, что Z-ДНК направляет белок AIRE к генам-мишеням.
Понимание механизмов экспрессии генов в клетках тимуса и процесса обучения иммунной системы, очень важны для всей отрасли ксенотрансплантации, то есть пересадки органов одних организмов другим, например, генномодифицированных свиных органов человеку.
То, что врачи пересадили пациентке свиной тимус, конечно, огромный риск, потому что это может привести к перестройке всей иммунной системы пациентки. Поэтому так важна работа Института Вейцмана, которая приоткрывает механизмы обучения иммунной системы.