Статья подготовлена изданием Лаборант - журнал об аналитической химии. Подписывайтесь так же на нашу научную папку в телеграм.
Человеческий геном представляет собой молекулу в постоянном движении: нити ДНК разделяются при копировании во время деления клеток, ДНК должна быть тщательно упакована, чтобы поместиться внутри клеток, а затем перемещается для обеспечения транскрипции активных генов. Учёные обнаружили интересные связи между генами, упаковкой ДНК и движением в геноме, которые влияют на контроль и экспрессию генов. Нарушения в движении отдельных генов могут иметь последствия для широкого спектра заболеваний.
Как отмечает руководитель исследования Александра Зидовска, профессор физики Нью-Йоркского университета: "Геном приводится в движение транскрипционно-зависимыми движениями отдельных генов. Гены движутся по-разному в зависимости от того, считываются они или нет, что приводит к сложным, турбулентноподобным движениям человеческого генома. Понимание механики движений отдельных генов в ядре может иметь решающее значение для понимания работы генома как в норме, так и при патологиях."
Большинство человеческих клеток содержит геном в ядре, который при полном развёртывании достигал бы длины около двух метров. При этом средний диаметр человеческих клеток составляет около десяти микрометров, что в 100 000 раз меньше длины ДНК.
Существует сложная система, позволяющая этой ДНК как уместиться в ядре, так и обеспечить доступ клеточного механизма, который транскрибирует активные гены в РНК. Предыдущие работы этой исследовательской группы показали, что ДНК может подвергаться значительной реорганизации и ремоделированию в ядре.
Исследователи выдвинули гипотезу, что молекула АТФ, распространённый клеточный источник энергии, также обеспечивает энергией эти геномные процессы.
В данном исследовании учёные сосредоточились на РНК-полимеразе II – важнейшей молекуле, которая транскрибирует ДНК в РНК. Они проанализировали, как движение одного активного гена влияет на движение в других участках генома живых человеческих клеток. Отдельные гены были помечены с помощью технологии CRISPR, и исследователи составили карту движения генома в ядре. Затем эти данные были проанализированы с помощью математических инструментов.
Исследование показало, что активные гены способствуют перемещению всего генома в местах с менее плотной упаковкой. Если ген транскрибируется в то время, когда ДНК менее компактна, это стимулирует движение по всему геному в местах с менее плотной упаковкой ДНК. Однако когда геном более компактен, движение происходит независимо от того, транскрибируются гены или нет.
Авторы исследования предположили, что неактивные гены в областях с низкой компактностью могут быть более подвижными, чем активные гены в областях с высокой компактностью.
"Раскрывая эти неожиданные связи между активностью генов, компактностью генома и движениями в масштабах всего генома, эти открытия показывают аспекты пространственно-временной организации генома, которые напрямую влияют на регуляцию и экспрессию генов", - заключила Зидовска.
Источники:
- Нью-Йоркский университет (New York University)
Статья подготовлена изданием Лаборант - журнал об аналитической химии. Подписывайтесь так же на нашу научную папку в телеграм.