В учебниках по биологии и за их пределами человеческий геном и содержащаяся в нём ДНК обычно представлены только в одном измерении. Хотя линейное представление участков ДНК, формирующих гены, может быть полезно для начинающих, такое упрощение недооценивает значимость трёхмерной структуры генома.
Чтобы уместиться в ядре наших клеток, шесть футов ДНК наматываются, как нить на белковые катушки, называемые гистонами. В своей упакованной форме, называемой хроматином, свёрнутая ДНК имеет множество петель и сгустков. Хотя для неопытного глаза это может выглядеть хаотично и беспорядочно, эти формы, похожие на перекати-поле, сближают определённые геномные регионы, защищая другие.
Проблемы с трёхмерной структурой
Проблемы с этой трёхмерной структурой связаны со многими заболеваниями, включая нарушения развития и рак. Почти 12% геномных регионов в клетках рака молочной железы имеют проблемы со структурой хроматина, в то время как другие структурные нарушения вызывают Т-клеточный острый лимфобластный лейкоз.
Новое понимание трёхмерной структуры хроматина
Учёные из Sanford Burnham Prebys и их коллеги из Гонконга опубликовали результаты 27 июня 2025 года в журнале Genome Biology, демонстрируя новый подход к лучшему пониманию трёхмерной структуры хроматина и её влияния.
Исследовательская группа предположила, что трёхмерная форма участков генома влияет на регуляцию генов.
«Мы знаем, что многие участки генома имеют тенденцию формировать так называемые топологически ассоциирующие домены или TADs», — сказала Келли Ичен Ли, доктор философии, научный сотрудник Sanford Burnham Prebys и ведущий автор исследования. «Части генома внутри этих доменов могут взаимодействовать друг с другом чаще, в то время как они, как правило, изолированы от региона за пределами этого домена».
Глобулярная форма геномных регионов
Исследователи заметили, что при получении множества изображений хроматина для проведения экспериментов по пространственному картированию TAD-подобные участки генома в отдельных клетках имели тенденцию принимать глобулярную форму, хотя и с различной бугристостью и сферической неправильностью, как у картофеля в супермаркете.
«Если представить себе эти сгустки хроматиновой нити в форме картофеля, мы предположили, что участки генома, расположенные ближе к поверхности, более активны из-за воздействия близлежащих биохимических сигналов в ядре клетки», — сказал Юк-Лэп (Кевин) Йип, доктор философии, профессор и исполняющий обязанности директора Центра наук о данных в Sanford Burnham Prebys, а также старший и соответствующий автор рукописи.
Подобно защите, которую обеспечивает волокнистая кожура картофеля для его крахмалистой мякоти, учёные предположили, что сигналы, способствующие экспрессии генов, будут испытывать больше трудностей при достижении участков генома, погребённых вблизи ядра глобулярного сгустка хроматина. Чтобы проверить это, они разработали метод измерения близости геномного региона к изолированному центру хроматинового сгустка.
«Мы использовали метрику для количественной оценки „центральности“ геномного региона в домене хроматина», — сказал Ли. «Эта мера также позволила нам определить поверхность и ядро, и мы показали, что поверхностные регионы более активны, чем ядерные».
«Тип данных, к которому мы можем применить эту меру, становится довольно многочисленным, — сказал Йип. — Существует большой потенциал для изучения того, как центральность связана с активностью генов и заболеваниями в различных типах клеток».
Йип и Ли планируют продолжить сотрудничество с лабораторией Пьеро Лоренцо Пури, доктора медицины, чтобы продвинуть наше понимание того, как трёхмерная структура генома влияет на развитие мышечных стволовых клеток и прогрессирование мышечной дистрофии.
Предоставлено:
[Sanford-Burnham Prebys](https://phys.org/partners/sanford-burnham-prebys/)