Новый метод визуализации показал, как упакована и ведёт себя ДНК в клетках
Команда под руководством профессора Кадзухиро Маэсимы из Национального института генетики (ROIS) и SOKENDAI в Японии разработала метод визуализации различных типов хроматина и раскрыла их отличные физические свойства. Результаты опубликованы 28 марта в Science Advances.
Внутри каждой человеческой клетки 2 метра ДНК должны быть плотно упакованы в крошечное ядро. Эта ДНК обёрнута вокруг белков, образуя хроматин, который существует в двух основных формах: эухроматин, где гены активны, и гетерохроматин, где активность генов подавлена.
«Как эти два типа хроматина организованы и ведут себя внутри живых клеток, до сих пор плохо изучено, — говорит первый автор исследования Кацухико Минами. — До сих пор у нас не было способа специфически маркировать эухроматин и гетерохроматин в живых клетках».
Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали «Repli-Histo labeling» — прорывную технику, позволяющую визуализировать эухроматин и гетерохроматин в живых клетках. Их результаты показывают, что эухроматин более гибкий и динамичный, а гетерохроматин — более жёсткий и статичный. Это говорит о том, что эухроматин ведёт себя скорее как жидкость, позволяя белкам и другим молекулам проникать внутрь и взаимодействовать с генами.
С другой стороны, гетерохроматин действует скорее как гель, затрудняя проникновение молекул. Это ключевое различие может влиять на то, как гены становятся доступными и используются клеткой для регулирования важных процессов, таких как экспрессия генов и репликация ДНК.
«Эти различия в поведении хроматина имеют решающее значение для понимания того, как клетки контролируют, какие гены включены или выключены, — объясняет соавтор исследования Како Накадзато. — Если хроматин слишком жёсткий или слишком рыхлый, это может привести к проблемам в функционировании наших генов».
Это открытие меняет представление учёных о хроматине. Вместо статичной структуры хроматин постоянно движется, влияя на то, как гены считываются и используются клеткой.
«Проще говоря, хроматин — это не просто контейнер для геномной информации; он играет активную роль в регуляции функции генов, — говорит Минами. — Наша техника даёт нам новый способ изучать эти движения и то, как они влияют на важные клеточные процессы, такие как экспрессия генов и репликация ДНК».
Исследователи планируют использовать Repli-Histo labeling для создания атласа поведения хроматина — карты, показывающей, как различные факторы, такие как эпигенетические модификации, влияют на движение и гибкость хроматина.
«Наша конечная цель — понять, как геном, хранящийся в 2 метрах ДНК, эффективно управляется внутри крошечного ядра, — говорит Маэсима. — Это исследование может помочь нам лучше понять не только нормальную функцию генов, но и то, что идёт не так при таких заболеваниях, как рак».