Исследователи из Кембриджского университета и Лаборатории молекулярной биологии MRC использовали комбинацию изображений и до 100000 измерений того, где разные части ДНК расположены близко друг к другу, для изучения генома в эмбриональной стволовой клетке мыши. Стволовые клетки — это «главные клетки», которые могут развиваться — или «дифференцироваться» — практически в любой тип клеток в организме.
Большинство людей знакомы с хорошо известной X-образной формой хромосом, но на самом деле хромосомы принимают эту форму только при делении клетки. Используя свой новый подход, исследователи теперь смогли определить структуры активных хромосом внутри клетки и то, как они взаимодействуют друг с другом, чтобы сформировать неповрежденный геном.
Это важно, потому что знание того, как ДНК складывается внутри клетки, позволяет ученым изучать, как конкретные гены и контролирующие их участки ДНК взаимодействуют друг с другом. Структура генома определяет, когда и насколько сильно гены — определенные участки ДНК — включаются или выключаются. Это играет решающую роль в развитии организмов, а также, когда все идет наперекосяк, в болезнях.
Исследователи проиллюстрировали структуру в сопровождающих видеороликах, на которых показан интактный геном одной конкретной эмбриональной стволовой клетки мыши.
В приведенном выше фильме каждая из 20 хромосом клетки окрашена по-разному.
На втором видео участки хромосом, в которых активны гены, окрашены в синий цвет, а области, которые взаимодействуют с ядерной пластиной (плотная фибриллярная сеть внутри ядра), окрашены в желтый цвет.
Структура показывает, что геном устроен таким образом, что наиболее активные генетические области находятся внутри и отделены в пространстве от менее активных областей, которые связаны с ядерной пластинкой. Последовательная сегрегация этих областей одинаковым образом в каждой клетке предполагает, что эти процессы могут управлять складыванием хромосом и генома и, таким образом, регулировать важные клеточные события, такие как репликация ДНК и деление клеток.
Профессор Эрнест Лауэ, группа которого на кафедре биохимии Кембриджа разработала этот подход, прокомментировал: «Знание того, где находятся все гены и элементы управления в данный момент, поможет нам понять молекулярные механизмы, которые контролируют и поддерживают их экспрессию.
«В будущем мы сможем изучить, как это меняется по мере дифференциации стволовых клеток и как принимаются решения в отдельных развивающихся стволовых клетках. До сих пор мы могли смотреть только на группы или «популяции» этих клеток и поэтому не могли видеть индивидуальные различия, по крайней мере, извне. В настоящее время эти механизмы плохо изучены, и понимание их может быть ключом к реализации потенциала стволовых клеток в медицине."
Исследование, проведенное учеными из кафедр биохимии, химии и Института стволовых клеток Wellcome-MRC при Кембриджском университете, вместе с коллегами из лаборатории молекулярной биологии MRC, опубликовано сегодня в журнале Nature.
Д-р Том Коллинз из группы генетики и молекулярных наук Wellcome сказал: «Визуализация генома в 3D на таком беспрецедентном уровне детализации — захватывающий шаг вперед в исследованиях, над которым работали многие годы. Эта деталь раскроет некоторые из основных принципов, которые управляют организацией наших геномов — например, как взаимодействуют хромосомы или как структура может влиять на включение или выключение генов. Если мы сможем применить этот метод к клеткам с аномальным геномом, таким как раковые клетки, мы сможем лучше понять, что именно идет не так, чтобы вызвать болезнь, и как мы могли бы разработать решения, чтобы исправить это."
Видео 1: https: // www.YouTube.com / watch?v = 1Fyq9ul9N9Q
Видео 2: https: // www.YouTube.com / watch?v = zBzdvhwtG5A