Первая статья посвящена исследованию границ ТАДов. В контексте этого поста ТАДами я буду называть структуры хроматина, которые образуются при упаковке ДНК белковым комплексом когезином. Можно (очень приближённо) представить себе ТАД как участок ДНК, свернутый в клубок петель. Внутри этого участка гены и их регуляторы сближены, а от соседних районов ТАД частично изолирован.
Зачем нужны ТАДы — вопрос открытый. Кстати, как и вопрос, когда именно они возникли в ходе эволюции. У человека они есть, у курицы — тоже; про остальных позвоночных мы, надеюсь, скоро расскажем в другой работе. А вот у мух и комаров «петлевых» ТАДов нет.
На заре ТАДологии все думали, что без петель гены не смогут встречаться со своими регуляторами. И действительно, несколько громких статей в Nature показали, что нарушения ТАДов ведут к сбоям в работе регуляторов генов развития и болезням — например, появлению лишних пальцев на руке или развитию рака.
Но энтузиазм оказался преждевременным: вскоре выяснилось, что в клетках, мутантных по формирующему ТАДы белку когезину, меняет свою работу лишь небольшое число генов. Мы задались вопросом: дело в конкретной линии клеток? Может быть, остальные гены тоже чувствительны к поломкам ТАДов, просто нужно найти тот «правильный» тип клеток, в котором мы это увидим?
Для ответа на этот вопрос пришлось сломать ТАДы во всех возможных клеточных типах — то есть создать генетически модифицированную мышь, у которой ТАДы разрушили прямо в зиготе, и все клетки этой мыши унаследовали поломку. Проанализировав разные органы, мы обнаружили, что действительно можно найти такие ткани, в которых поломка ТАДов сказывается на работе генов. Но:
1) активность меняется очень слабо, иногда буквально на 20–30 % (нам даже пришлось разработать собственный подход, чтобы детектировать такие изменения);
2) удивительно, но изменения в разных тканях могут быть разнонаправленными — т.е. в одной ткани поломка может вызывать увеличение активности гена, а в другой — уменьшение.
Кстати, мы протестировали современные модели, которые предсказывают активность генов на основе последовательности ДНК — Enformer и (буквально в последний момент перед выходом статьи) AlphaGenome. К сожалению, с предсказанием таких небольших, клеточно-специфичных изменений модели пока не справляются. Как написал нам один из рецензентов:
As a special mention, I appreciate the comparison with the Enformer model, good to see the computers haven't taken our jobs (yet).
