Статията се публикува в списание Съобщенията за природата. Почти двумерна ДНК нишка се поставя в малкото ядро на човешката клетка поради факта, че хроматинът, ДНК комплексът и протеините го превръщат в компактни, но сложни структури. За да изследват методите за опаковане ДНК, учените по целия свят се използват от така наречената конформация на конформацията на хромозомите (Зс) и един от най-продуктивните от тях е методът Hi-C. Тя ви позволява да откривате контактите на ДНК на целия геном, използвайки високопроизводително секвениране.
В това обаче има проблем: Hi-C Work изисква десетки ДНК микрограма - т.е. милиони клетки с уникална пространствена хроматинова организация. Тази информация трябва да се осмествува, за да получите обща картина, която няма да вземе предвид характеристиките на ДНК опаковката в отделни клетки.
Точно както "средният човек" всъщност не съществува, традиционният Hi-C метод не може да се покаже, кои от множество взаимодействия на ДНК секции се срещат едновременно в една и съща клетка. Освен това този "колективен портрет" едва ли помага да се разбере какви физически процеси водят до образуването на триизмерна структура на хроматин.
"Виждаме някои структури, например, така наречените топологично свързани домейни (Тадада), в средните карти за контакт на ДНК, но ние не знаем дали съществуват в отделните клетки, или това са осредняване на артефакти. В допълнение, ние знаем, че от гледна точка на генната експресия се наблюдава голямо разнообразие дори в клетките на една и съща тъкан - от тук има естествен въпрос за това колко са разнообразни в структурното ниво ", казва съвместното Автор на Михаил Гелзланд, вицепрезидент Scolatha според биомедицинските изследвания.
За да разрешите тези проблеми и да направите експеримент Hi-C по-подходящ за отделни клетки, изследователите на няколко институции са разработили метод, наречен Hi-C единични клетки. Екип на Skoltech водеше от Гелзланд и доцент на Центъра за живот Scoop Catherine Church предаде задача за оптимизиране на обработката на данни за Hi-C единични клетки и изследване на основните свойства на корсетките Drosophila.
Техните колеги от Института по биология на биологията на Руската академия на науките и Московския държавен университет, наречени на MV Lomonosov, заедно със служителите на руски-френския интердисциплинарен научен център Poncele, оптимизираха метода, за да го направят подходящ за експерименти с Drosophila клетки .
Екипите започнаха със стандартните етапи на Hi-C метод, в който структурата на хроматин е фиксирана химически, а ДНК се нарязва и "сглобяват", така че фрагментите, които в естествени условия са близо, се оказаха "зашити. ". Но след това, вместо да използва всички ДНК наведнъж, учените амплифицират малкото количество ДНК от всяка клетка, използвайки Phi29 бактериофага полимераза. Тази полимераза често се използва при усилване на ДНК, отчасти поради способността му да създаде голямо количество ДНК дори и на много малка проба с много по-малък брой грешки, отколкото други популярни полимерази.
Обаче тя се оказа, че тази удобна ДНК полимераза, въпреки доста висока точност на копиране, все още може да "скочи" между ДНК молекулите, създавайки изкуствени връзки, които високоразтворният алгоритъм не може да се разграничи от реални взаимодействия. Ето защо изследователите трябваше да излязат с механизъм за отхвърляне на тези случайни "скокове" на полимераза.
Те са използвали новия си метод върху Drosophila клетки, за да разберат дали различни организми имат общи основни принципи на опаковката на хроматин. Предишните проучвания върху клетките на бозайниците показват съществуването на тампони само върху карти за контакт, получени чрез популация Hi-C, но не и в отделни клетки. Въпреки това, проучването на клетките на Drosophila показа, че тези домени са във всяка специфична клетка.
За да се разбере кой биологичен механизъм е отговорен за формирането на тези устойчиви домейни, ще се изискват допълнителни изследвания; Докато учените предложиха два модела на тяхното появяване. Един от тях предполага, че хроматин в Drosophila е организиран от механизма на "лепкавост", т.е. някои от неговите секции са по-склонни да бъдат свързани помежду си. Според друг, описващ така наречения механизъм за екструдиране на панти, големи протеинови комплекси създават примки от ДНК нишки и поради тази опаковка ДНК.
"Може би един от най-интересните въпроси е дали правилата за сгъване на хроматин са еднакви в различните видове живи организми. Използвайки метода Hi-C на единични клетки, Drozophils, открихме, че домейните, подобни на областите в клетки на бозайници, също присъстват в генома на това насекомо. Тези структури обаче са много по-наредени, отколкото при бозайници ", каза Александър Галицин, завършил Scholtech и един от първите автори на статията.
"Ще продължим да проучваме архитектурата на хроматините и механизмите за образуване на примки и Тадов. Все още има много въпроси в тази област без отговори. Вече знаем, че тези механизми в някои организми могат да варират, но какво е еволюцията на сгъването на хроматин като цяло? Ако искаме да разберем това на достатъчно ниво на детайлност, трябва да запълним пропуските, изучавайки структурата на хроматин в странни организми, а не само тези, които вече са добре разследвани. Затова вече работим с морски гъби, мая и амебас ", казва Катрин Теммева.
Според нея групата също се занимава с възможно свързване на промени в организацията на хроматин с болести, развитието на тялото и стареенето. "Ако приемем, че архитектурата на Chromatina е тясно свързана с изразяването на гени, след това отговаря на тези въпроси, ние ще можем да се справим с регулирането на развитието на човешкото тяло, стареенето и болестите", казва Техраева.
Специалисти на Института по биология на гена на Руската академия на науките, Московски държавен университет, наречен на М. В. Ломоносов, Националния център за научни изследвания на Франция, руски-френски интердисциплинарен научен център Poncele и други организации.
Източник: гола наука