Учёные обнаружили «гантелеподобные» структуры в ДНК, кодирующей белки
Исследователи из Университета Райса, изучая структуру и функцию хромосом, обнаружили, что в кажущемся хаотичном состоянии ДНК во время интерфазы (периода между делениями клетки) существуют области с упорядоченной конфигурацией для определённых генов.
Результаты, опубликованные в открытом доступе в журнале eLife, предлагают новое понимание функционирования хромосом.
Основные выводы исследования
Модель MiChroM — учёные использовали свою Minimal Chromatin Model (MiChroM), основанную на теории энергетического ландшафта, для предсказания структурных ансамблей хромосом в разных типах клеток, используя только эпигенетические маркеры. Предсказания согласуются с экспериментальными данными и показывают универсальность модели для различных типов человеческих клеток.
«Гантелеподобные» структуры — анализ экспериментальных данных 3-D трассировки ДНК в ядре во время интерфазы выявил, что среди хаоса существуют кластеры с общей структурой. Эти структуры представляют собой гибкие, «гантелеподобные» глобулярные домены с «головкой» и «хвостиком».
- Было обнаружено два основных состояния: «закрытое» (домены соприкасаются) и «открытое» (домены разошлись). Этот же структурный переход был воспроизведён в симуляциях MiChroM.
Связь структуры и функции — все гены, содержащиеся в этой «гантелеподобной» структуре, расположены в нити, соединяющей глобулярные концы. Открытие перехода между открытым и закрытым состояниями позволяет предположить, что эта динамика связана с транскрипционной регуляцией, указывая на прямую связь между структурой хроматина и экспрессией генов.
Динамика положения — для детально изученного участка хромосомы 21 было показано, что положение «гантелей» динамично. Функционально активные структуры («А-типа») перемещаются к поверхности неупорядоченной хромосомы, в то время как неактивные структуры («B-типа») стремятся в её внутреннюю часть.
Значение и перспективы
Как отметил соавтор работы Питер Уолинз, эта работа, подобно ранним исследованиям сворачивания белков, предлагает новый способ мышления о том, как функционируют хромосомы, и создаёт предсказания, которые вдохновят экспериментаторов на дальнейшие исследования.