В современном биомедицинском исследовании произошло значительное открытие, способное изменить основы лечения онкологических заболеваний. Ученые из института Gladstone открыли новое состояние недавно реплицированной ДНК — гипердоступное, или гипераксессибельное, состояние, при котором структура ДНК становится значительно более доступной для взаимодействия с белками и другими молекулами в течение нескольких часов после деления клетки. Эта находка может стать тем ключом, который позволит создать целевые методы терапии при раке и других патологиях, связанных с клеточным делением. ДНК — это основа генетической информации и главный хранитель инструкции для функционирования клетки. Во время клеточного деления происходит процесс репликации ДНК, в ходе которого генетический материал копируется, обеспечивая наследственность при образовании новых клеток.
Однако, как выяснилось, только что синтезированная ДНК не обладает привычной стабильной и защищенной упаковкой, которая характерна для зрелых клеток. Напротив, она находится в состоянии повышенной доступности, приобретая новую конфигурацию, которая ранее оставалась незамеченной из-за технических ограничений в изучении. Сложности наблюдения за процессами репликации и последующего восстановления структуры ДНК долгое время препятствовали детальному пониманию, как клетки обеспечивают сохранность и точность генетической информации сразу после копирования. Традиционные методы исследования либо вредили структуре ДНК, либо охватывали лишь небольшие участки молекулы, не давая полной картины. В ответ на эту проблему группа ученых под руководством доктора Виджая Рамани разработала инновационную методику RASAM — «replication-aware single-molecule accessibility mapping».
Эта техника объединяет возможности длинного считывания ДНК и искусственного интеллекта для прогнозирования структурных особенностей, позволяя анализировать молекулы ДНК на уровне отдельных нуклеотидов и выявлять участки повышенной доступности с беспрецедентной точностью. Главной сенсацией исследования стало выявление того, что на протяжении нескольких часов после репликации ДНК остается частично «распакованной», или «сьемой», что открывает доступ для сервисных белков и молекул, участвующих в регуляции гена и клеточных процессов. Ученые описали эти участки как «гипердоступные», и хотя подобная открытость на первый взгляд могла бы вызвать хаос в геноме, клетки эффективно регулируют этот процесс, не допуская повреждений или ошибок. Такое состояние ДНК имеет фундаментальное значение не только для понимания базовых биологических механизмов, но и для прикладной медицины. Особенно это касается онкологии, ведь опухолевые клетки характеризуются активным и ускоренным делением.
Гипердоступное состояние ДНК в этих клетках открывает вдруг появившееся окно возможностей для лекарств и терапевтических агентов, которые могут быть нацелены именно на этот уязвимый момент. В перспективе это может позволить разработать препараты, которые максимально эффективно уничтожают раковые клетки, не затрагивая здоровые ткани, снижая побочные эффекты и улучшая прогноз пациентов. Помимо лечения рака, гипердоступное состояние ДНК открывает новые горизонты для исследований регуляции экспрессии генов. Ученые обнаружили, что повышенная доступность локализуется неравномерно и особенно выражена на участках, где начинается транскрипция — процесс считывания информации с ДНК для последующего синтеза белков. Это говорит о том, что гипердоступность играет важную роль в тонкой настройке активности генов, что может влиять на клеточные реакции при стрессе, повреждениях и развитии заболеваний.
Разработка методов, позволяющих контролировать момент после репликации и «ловить» клетки в гипердоступном состоянии, может привести к появлению новой классы лекарств, основанных на специфическом взаимодействии с молекулярными мишенями, ранее недоступными для воздействий. Более того, понимание механизма регуляции и защиты молекулы ДНК в этот период откроет пути к профилактике и лечению не только рака, но и других заболеваний — аутоиммунных, нейродегенеративных или вирусных инфекций, где роль эпигенетики и генетической стабильности особенно значима. Это фундаментальное открытие было сделано благодаря сочетанию высокотехнологичных биоинформатических инструментов и инновационных лабораторных подходов. Использование искусственного интеллекта в анализе ДНК — одна из самых перспективных тенденций в науке, позволяющая исследователям выйти за рамки традиционных ограничений. Благодаря этому ученые получили впервые полноценную картину динамики структуры ДНК после репликации и ее влияния на клеточное здоровье, что раньше считалось недоступным для наблюдения.
