Форма генома так же важна, как и его содержание

Согласно исследованию учёных из Института Уистара, трёхмерная структура всего генома может быть ключом к пониманию сложных взаимосвязей между генами. В активной фазе ДНК клетки находится в спутанном скоплении хромосом, которое позиционирует группы функционально связанных генов близко друг к другу, что влияет на их работу.

Исследование, опубликованное в журнале Nucleic Acids Research, впервые объединило микроскопию с передовыми методами геномного секвенирования, позволив буквально увидеть взаимодействия генов. Это также первая работа, определившая трёхмерную структуру генома дрожжей S. pombe.

«Хромосомы проводят большую часть времени в этих крупных, неслучайных структурах, и я считаю, что эти формы отражают различные ядерные процессы, такие как транскрипция», — сказал доктор Кен-ичи Нома, старший автор исследования.

Для картирования генов и общей структуры генома учёные использовали секвенирование нового поколения и метод захвата конформации хромосом (3C), а также флуоресцентные зонды для точного определения местоположения генов под микроскопом. На основе этих данных были созданы детальные трёхмерные компьютерные модели генома дрожжей.

Этот подход позволяет наблюдать, как взаимодействуют гены, и видеть, располагаются ли совместно включаемые и выключаемые гены рядом в трёхмерной структуре. Исследователи также изучили 465 групп генной онтологии — групп генов, связанных общей функцией в клетке.

«Когда хромосомы собираются вместе, они складываются так, что сближают гены с разных хромосом. Это позволяет процессам, определяющим, как и когда считываются гены, эффективно работать сразу с несколькими генами», — пояснил Нома.

Эта структура — не просто результат химических взаимодействий, а упорядоченное расположение, направляемое другими молекулами клетки (например, факторами транскрипции), что создаёт мегаструктуру, диктующую генетическую функцию.

Учёные обнаружили признаки существования «фабрик транскрипции» — кластеров связанных генов, считываемых в определённых участках, — которые ранее были предложены для млекопитающих. Методика исследования масштабируема для изучения человеческого генома.