Članak se objavljuje u časopisu Priture Priroda. Gotovo dvometarska DNA nit je smještena u malu kernelu ljudske stanice zbog činjenice da je kromatin, kompleks DNA i proteina, pretvara ga u kompaktne, ali složene strukture. Proučiti metode pakiranja DNA, znanstvenici diljem svijeta koriste tzv. Konformacija konformacije kromosoma (3C), a jedan od najproduktivnijih od njih je Hi-C metoda. To vam omogućuje da otkrijete kontakte DNA cijelog genoma pomoću sekvenciranja visokih performansi.
U tome, postoji problem: hi-c rad zahtijeva desetke DNA mikrograma - to jest, milijuni stanica s jedinstvenom prostornoj organizacijom kromatina. Te se informacije moraju u prosjeku kako bi dobili zajedničku sliku koja neće uzeti u obzir značajke DNA pakiranja u pojedinačnim stanicama.
Baš kao što "prosječna osoba" zapravo ne postoji, tradicionalna Hi-c metoda ne može se pokazati, koja se od višestrukih interakcija DNA se pojavljuje istovremeno u istoj ćeliji. Osim toga, ovaj "kolektivni portret" jedva pomaže u razumijevanju kojih fizički procesi dovode do formiranja trodimenzionalne strukture kromatina.
"Vidimo neke strukture, na primjer, takozvane topološki pridružene domene (Tadada), u prosječnim DNK kontaktnim karticama, ali ne znamo postoje li u pojedinačnim stanicama, ili su to u prosjeku artefakata. Osim toga, znamo da sa stajališta ekspresije gena, širok raspon nastaje čak iu stanicama istog tkiva - odavde postoji prirodno pitanje o tome koliko su raznoliki u strukturnoj razini ", kaže ko- Autor Mihail Gelfand, potpredsjednik Scolatha prema biomedicinskim istraživanjima.
Da biste riješili te probleme i napravili eksperiment Hi-C prikladniji za pojedinačne stanice, istraživači nekoliko institucija su razvili metodu koja se zove Hi-C. Skoltech tim na čelu s Gelfandom i izvanredni profesor Centra za život Catherine Church isporučio je zadatak da optimizira obradu podataka za hi-c pojedinačne stanice i istražuje temeljna svojstva Drosophila stanica.
Njihove kolege iz biološkog instituta za biologiju Ruske akademije znanosti i Moskovskog državnog sveučilišta nazvane po MV Lomonosovu, zajedno s zaposlenicima rusko-francuskog interdisciplinarnog znanstvenog centra Ponkele, optimizirali metodu kako bi ga pogodno za eksperimente s Drosophila stanicama ,
Timovi su započeli sa standardnim koracima Hi-C metode, u kojoj je struktura kromatina kemijski fiksirana, a DNA je izrezana i "ponovno sastavljanje" tako da fragmenti, koji u prirodnim uvjetima biti blizu, ispostavilo se da su "ušiveni" ". Ali umjesto da koristite sve DNK odjednom, znanstvenici su pojačali sićušnu količinu DNA iz svake stanice pomoću PHI29 bakteriofage polimeraze. Ova polimeraza se često koristi kada se pojačava DNA, dijelom, zbog svoje sposobnosti stvaranja velike količine DNA čak i na vrlo manji uzorak s mnogo manjim brojem pogrešaka od drugih popularnih polimeraza.
Međutim, ispostavilo se da je ova zgodna DNA polimeraza, unatoč prilično visokoj točnosti kopiranja, još uvijek može "skočiti" između molekula DNA, stvarajući umjetne veze koje se hi-c algoritam ne može razlikovati od stvarnih interakcija. Stoga su istraživači morali smisliti mehanizam za odbacivanje ovih slučajnih "skokova" polimeraze.
Koristili su novu metodu na Drosophile stanicama kako bi saznali da li različiti organizmi imaju zajednička temeljna načela kromatinske ambalaže. Prethodne studije o stanicama sisavaca ukazale su na postojanje tada samo na kontaktnim karticama dobivenim stanovništvom Hi-C, ali ne i u pojedinačnim stanicama. Međutim, proučavanje stanica Drosophila pokazalo je da su te domene u svakoj specifičnoj ćeliji.
Razumjeti koji je biološki mehanizam odgovoran za formiranje tih održivih domena, bit će potrebna dodatna istraživanja; Dok su znanstvenici ponudili dva modela njihove pojave. Jedan od njih sugerira da je kromatin u Drosophili organiziran od strane mehanizma "ljepljivost", to jest, neki od njegovih odjeljaka je vjerojatnije da će biti međusobno povezani. Prema drugome, opisujući takozvani mehanizam za ekstruzijskog proizvoda, velikih proteinskih kompleksa stvaraju petlje iz DNA niti i zbog ovog pakiranja DNA.
"Možda je jedno od najzanimljivijih pitanja jesu li pravila sklopivog kromatina iste u različitim vrstama živih organizama. Koristeći Hi-C metodu pojedinačnih stanica, Drozofili, otkrili smo da su domene slične domene u stanicama sisavaca također prisutni u genomu ovog kukaca. Međutim, te strukture su mnogo više naručene nego kod sisavaca ", rekao je Alexander Galitsyn, Scholtech diplomirani student i jedan od prvih autora članka.
"Nastavit ćemo proučavati arhitekturu kromatina i mehanizama za formiranje petlji i Tadov. Još uvijek postoje mnoga pitanja u ovom području bez odgovora. Već znamo da se ti mehanizmi u nekim organizmi mogu varirati, ali ono što je evolucija kromatina sklopivog u cjelini? Ako to želimo razumjeti na dovoljnoj razini detalja, moramo ispuniti praznine, proučavajući strukturu kromatina u čudnim organizmima, a ne samo onih koji su već dobro istraženi. Stoga, mi već radimo s morskim spužvim spužve, kvasac i amoebas ", kaže Catherine Temmeva.
Prema njezinim riječima, grupa se također bavi mogućom priključkom promjena u organizaciji kromatina s bolestima, razvojem tijela i starenja. "Ako pretpostavimo da je arhitektura Chromatina usko povezana s ekspresijom gena, a zatim, reagiramo na ova pitanja, moći ćemo se nositi s regulacijom razvoja ljudskog tijela, starenja i bolesti", kaže Tehreeva.
Stručnjaci Instituta za biologiju Gene Ruske akademije znanosti, Moskovsko državno sveučilište nazvano po M. V. Lomonosov, Nacionalni centar za francusko znanstveno istraživanje, rusko-francuski interdisciplinarni znanstveni centar Ponkele i druge organizacije uključeni su u studiju.
Izvor: Gola znanost