Влияние трёхмерной организации хромосом на экспрессию генов у растений

Трёхмерная организация хромосом, в которой находятся гены, может существенно влиять на их активность. Эти структурные эффекты остаются малоизученными, но команда доцента Муссы Бенхамеда из KAUST добилась важного прогресса в исследовании организации хромосом в растительных клетках.

Миллиарды пар оснований ДНК в геноме поддерживаются в компактной форме, намотанной на гистоновые белки, образуя материал под названием хроматин. Хроматин не только упаковывает ДНК, но и представляет собой высокодинамичную систему, которая постоянно реорганизуется для контроля активности генов.

"Многочисленные исследования показали корреляцию между изменениями в иерархической организации хроматина и специфическими паттернами экспрессии генов, важными для биологических процессов, таких как реакция на факторы среды, идентичность клетки и развитие", — сказал Бенхамед.

Микроскопические исследования показали динамическую природу растительного хроматина десятилетия назад, но лишь недавно появились инструменты для детального картирования этих перестроек. Например, семейство методов capture конформации хромосом (3C) использует химические агенты, которые физически "сшивают" соседние участки хроматина. Эти цепочки затем можно очистить и проанализировать, чтобы выявить вероятные взаимодействия между последовательностями ДНК, расположенными в разных областях одной хромосомы или даже на разных хромосомах.

Такой анализ позволяет понять, как перестройки хроматина приводят гены в контакт с удалёнными регуляторными последовательностями, контролирующими их активность, или организуют линейные гены в петлевые структуры, облегчающие быстрое начало множественных циклов экспрессии.

Существующие данные указывают, что растительные геномы лишены некоторых организационных элементов, характерных практически для всех геномов животных. Однако Бенхамед предостерегает от чрезмерных интерпретаций: "Ещё слишком рано говорить о кардинальных различиях между клетками разных типов".

По его мнению, наиболее перспективная работа в этой области сочетает данные методов 3C с методами мониторинга других процессов регуляции генов или изучения корреляции между изменениями организации хромосом и вариациями в последовательности генома.

"Некоторые исследования показали последствия определённых мутаций для топологии генома и то, как это может быть связано с болезнями — в случае человека — или другими фенотипами", — отметил Бенхамед.

В будущем он надеется, что область выйдет за рамки стандартных модельных организмов, чтобы исследователи начали понимать, как организация генома формируется в процессе эволюции.

"Для нас это один из самых важных вопросов, на который нужно ответить", — заключил он.