Международная группа ученых получила трехмерную модель генома мыши. Данные, на которых она основана, получены от одиночных клеток, а не от целого образца ткани. Работа опубликована в журнале Nature.
Известно, что в развернутом состоянии ДНК имеет достаточно большую длину, и уместить весь геном в ядро клетки в таком виде было бы весьма затруднительно. Поэтому ДНК плотно упакована, но при этом активно «работающие» участки генома поддерживаются в раскрытом состоянии. «Знание того, как расположены гены и регуляторные элементы в заданный момент времени, поможет понять молекулярные механизмы контроля и поддержания их экспрессии» — говорит Эрнест Лауэ, главный автор исследования.
Чтобы увидеть укладку ДНК с высоким разрешением, исследователи из Кембриджского Университета и Института Стволовых Клеток Wellcome Trust—MRC использовали одновременно два подхода. Они взяли восемь эмбриональных стволовых клеток мыши и сначала получили микрофотографии их ядер со сверхвысоким разрешением. Затем к этим же клеткам применяли метод Hi-C, позволяющий установить, какие участки генома контактируют между собой.
Методика начинается с обработки клеток формальдегидом, который сшивает вместе белки и ДНК, находившиеся рядом в пространстве. Затем в образцы добавляют ферменты, которые разрезают ДНК на маленькие кусочки. При этом фрагменты ДНК, которые взаимодействовали с одной и той же молекулой белка или белковым комплексом, остаются связанными. Прочитав последовательности этих фрагментов, ученые определяют, какие участки генома были сближены в пространстве.
Для восьми клеток, которые исследовались индивидуально, авторы работы получили от 37 до 122 тысяч контактов ДНК. Это cоставляет всего 1,2 — 4,1 процента всех возможных контактов, однако в сочетании с микрофотографиями дает достаточно информации для получения 3D-модели.
Авторы сравнили структуры геномов разных клеток между собой. Оказалось, что расположение топологически ассоциированных доменов (областей генома, где наблюдается много контактов) и свободных петель значительно варьируют. Однако деление на А и В компартменты (А взаимодействуют в основном с А, В — с В), расположение доменов, связанных с оболочкой ядра, и организация активных регуляторных элементов в разных клетках согласованы.
Авторы предполагают, что именно согласующиеся характеристики главным образом влияют на структуру каждой хромосомы. Тем не менее, это не единственные факторы, которые ее определяют. В прошлом году группа американских ученых установила, как на изменение трехмерной структуры хроматина влияют эпигенетические метки.
Анна Образцова
Алжирский научный журнал Journal of Fundamental and Applied Sciences отозвал сразу 434 научные статьи из трех номеров журнала — это самый массовый единовременный отзыв статей за время существования популярного блога Retraction Watch, который рассказывает эту историю.