Новый метод для исследования функции 3D-структуры хромосом
Исследователи из Университета Пенсильвании разработали метод, позволяющий искусственно вызывать взаимодействия между выбранными участками генома. Это помогает установить причинно-следственную связь между трёхмерной структурой хромосом и их функцией. Метод, названный «химически индуцированное хромосомное взаимодействие (CICI)», и результаты двух его функциональных тестов описаны в статье, опубликованной 9 февраля в журнале Nature Communications.
Геномы эукариот (от дрожжей до человека) состоят из хромосом. Внутри ядра хромосомы, представляющие собой длинные линейные нити ДНК, упакованные с белками, формируют трёхмерную структуру. Эта структура может сближать в пространстве геномные регионы, которые линейно находятся далеко друг от друга, что важно для таких функций, как регуляция генов.
«Мы можем секвенировать ДНК и найти функциональные единицы, но понять, как работает геном, сложнее, — говорит Лу Бай, руководитель исследования. — Мы знаем, что трёхмерная структура генома важна для его функции, и хотели создать универсальный метод, чтобы причинно связать эту структуру с функцией».
Существующие методы, такие как «захват конформации хромосом», успешно выявляют регионы, сближенные в 3D-пространстве. Однако они не позволяют напрямую проверить причинно-следственную связь. Другие методы, тестирующие причинность, часто имеют побочные эффекты, нарушающие общую функцию клетки.
Метод CICI решает эти проблемы. Исследователи могут:
- Вставить короткие последовательности ДНК в два любых участка генома.
- Экспрессировать искусственные белки, связывающиеся с этими последовательностями.
- Химически индуцировать связывание этих белков друг с другом, когда они оказываются рядом.
Это позволяет напрямую сравнить функции клетки до и после индуцирования структурного изменения, не нарушая её нормальную работу.
«Мы можем разместить две «липучки» в любом месте генома, и он будет работать нормально, пока мы не активируем их химическим сигналом», — объясняет Лу Бай.
Метод был протестирован на дрожжевых клетках. Эксперименты показали:
- Выбранные регионы не взаимодействовали до химической индукции и сильно взаимодействовали после неё.
- Трёхмерная структура важна для репарации ДНК в системе переключения типа спаривания у дрожжей.
- Индуцированное сближение регионов не влияет на время репликации ДНК.
«Наш метод позволяет таргетировать конкретные участки генома и напрямую тестировать функциональные последствия искусственного замыкания взаимодействий без побочных эффектов, — говорит Лу Бай. — Мы также можем использовать его для изучения динамики хромосом, отслеживая сближение регионов в течение клеточного цикла. Хотя метод разработан на дрожжах, нет причин, по которым его нельзя адаптировать для клеток млекопитающих».