Феномен Z-ДНК: неожиданный путь к лечению смертельных болезней

Российские исследователи из НИУ ВШЭ и InsideOutBio совершили прорыв в изучении так называемых Z-флипонов — участков ДНК, закрученных влево. Ранее их биологическая роль оставалась тайной, но благодаря машинному обучению ученым удалось выяснить, что они регулируют активность соседних генов.

Что такое Z-флипоны

ДНК обычно представляется в виде винтовой лестницы, закрученной вправо, но существует и Z-ДНК — её альтернативная форма, в которой цепь перекручивается влево. В таких зонах могут появляться особые элементы — флипоны, временно принимающие левозакрученную форму.

Открытие Z-ДНК состоялось еще в 1979 году, однако долгое время научное сообщество недооценивало ее значение. Лишь в XXI веке стало понятно, что такая структура играет важную роль в иммунном ответе, помогая организму бороться с вирусами.

Какую роль Z-флипоны играют в организме

Ранее специалисты Международной лаборатории биоинформатики НИУ ВШЭ при поддержке Лаборатории искусственного интеллекта Сбера исследовали расположение Z-флипонов по всему геному человека. Они обучили нейросетевой алгоритм на реальных данных и создали карту этих участков.

Выяснилось, что Z-флипоны влияют на самые разные параметры — от роста и веса до уровня холестерина и цвета волос. Они располагаются в зонах, мутации в которых могут приводить к тяжелым наследственным заболеваниям, что делает их изучение крайне важным.

Z-флипоны и медицина

Главное практическое применение Z-флипонов — их потенциальное использование в лечении рака и вирусных инфекций. Исследования международной группы ученых показали, что препарат CBL0137, относящийся к классу кураксинов, стимулирует образование Z-ДНК. Когда ее концентрация достигает определенного уровня, злокачественные клетки начинают разрушаться.

Кроме того, ученые изучили два белка, участвующих в образовании Z-ДНК у млекопитающих: ADAR1 и ZBP1. Они способны либо подавлять, либо, наоборот, активировать иммунный ответ. Эксперименты на клетках меланомы и лабораторных мышах показали, что, если активировать ZBP1, можно запустить механизм самоуничтожения раковых клеток, даже устойчивых к иммунотерапии.

Новые данные о Z-флипонах

Последнее исследование ученых НИУ ВШЭ и InsideOutBio было посвящено изучению Z-флипонов в геномах человека и мыши. Основной целью стало выяснение, какие из них сохранились в ходе эволюции и какую функцию они выполняют.

Для этого использовали систему машинного обучения DeepZ, учитывающую не только последовательность ДНК, но и эпигенетические метки, а также энергетические затраты на переход в Z-форму.

Этот подход позволил определить, какие Z-флипоны являются критически важными для выживания организма. Полученные данные дают основания полагать, что понимание механизмов работы Z-ДНК поможет в разработке новых методов лечения заболеваний, связанных с генетическими мутациями.

Уточнения

Дезоксирибонуклеи́новая кислота́ (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования организмов.