Artikel ini diterbitkan dalam jurnal Nature Communications. Thread DNA yang hampir dua meter ditempatkan di kernel kecil sel manusia karena fakta bahwa kromatin, kompleks DNA dan protein, mengubahnya menjadi struktur yang ringkas, tetapi kompleks. Untuk mempelajari metode pengemasan DNA, para ilmuwan di seluruh dunia digunakan oleh apa yang disebut konformasi konformasi kromosom (3C), dan salah satu yang paling produktif dari mereka adalah metode Hi-C. Ini memungkinkan Anda untuk mendeteksi kontak DNA dari seluruh genom menggunakan sekuensing kinerja tinggi.
Namun, dalam hal ini ada masalah: Pekerjaan Hi-C membutuhkan puluhan mikrogram DNA - yaitu jutaan sel dengan organisasi kromatin spasial yang unik. Informasi ini harus rata-rata untuk mendapatkan gambaran umum yang tidak akan memperhitungkan fitur-fitur kemasan DNA dalam sel individual.
Sama seperti "orang kebanyakan" sebenarnya tidak ada, metode Hi-C tradisional tidak dapat menunjukkan, mana dari interaksi ganda bagian DNA yang terjadi secara bersamaan dalam sel yang sama. Selain itu, "potret kolektif" ini hampir tidak membantu untuk memahami apa yang mengarah pada proses fisik terhadap pembentukan struktur kromatin tiga dimensi.
"Kami melihat beberapa struktur, misalnya, yang disebut domain terkait topologis (Tadada), dalam kartu kontak DNA rata-rata, tetapi kami tidak tahu apakah mereka ada dalam sel individual, atau ini adalah artefak rata-rata. Selain itu, kita tahu bahwa dari sudut pandang ekspresi gen, variasi yang luas terjadi bahkan di sel-sel jaringan yang sama - dari sini ada pertanyaan alami tentang betapa beragamnya mereka berada di tingkat struktural, "kata co- Penulis Mikhail Gelfand, Wakil Presiden Scolatha menurut penelitian biomedis.
Untuk mengatasi masalah-masalah ini dan membuat eksperimen Hi-C lebih cocok untuk sel individu, peneliti dari beberapa lembaga telah mengembangkan metode yang disebut sel Hi-C tunggal. Tim Skoltech dipimpin oleh Gelfand dan Associate Professor of The Life Scoop Catherine Church menyampaikan tugas untuk mengoptimalkan pemrosesan data untuk sel tunggal Hi-C dan mengeksplorasi sifat mendasar sel-sel drosophila.
Kolega mereka dari Institut Biologi Biologi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia dan Universitas Negeri Moskow dinamai setelah MV Lomonosov, bersama dengan karyawan Poncele Pusat Ilmiah Interdisipliner Prancis-Prancis, mengoptimalkan metode untuk membuatnya cocok untuk eksperimen dengan sel-sel Drosophila .
Tim-tim dimulai dengan langkah-langkah standar metode Hi-C, di mana struktur kromatin tetap secara kimia, dan DNA dipotong dan "reassembly" sehingga fragmen, yang dalam kondisi alami sudah dekat, ternyata "dijahit menjadi" dijahit ". Tetapi kemudian alih-alih menggunakan semua DNA sekaligus, para ilmuwan memperkuat jumlah kecil DNA dari setiap sel menggunakan polimerase bakteriofaga PHI29. Polimerase ini sering digunakan ketika memperkuat DNA, sebagian, karena kemampuannya untuk menciptakan sejumlah besar DNA bahkan pada sampel yang sangat kecil dengan jumlah kesalahan yang jauh lebih kecil daripada polimerase populer lainnya.
Namun, ternyata polimerase DNA yang nyaman ini, meskipun akurasi penyalinan yang agak tinggi, masih bisa "melompat" antara molekul DNA, menciptakan obligasi buatan yang tidak dapat dibedakan oleh algoritma Hi-C dari interaksi nyata. Oleh karena itu, para peneliti harus datang dengan mekanisme untuk penolakan terhadap "lompatan" polimerase acak ini.
Mereka menggunakan metode baru mereka pada sel Drosophila untuk mengetahui apakah berbagai organisme memiliki prinsip-prinsip fundamental yang umum dari kemasan kromatin. Studi sebelumnya tentang sel-sel mamalia menunjukkan adanya mades hanya pada kartu kontak yang diperoleh dengan populasi Hi-C, tetapi tidak pada sel individu. Namun, studi sel-sel Drosophila menunjukkan bahwa domain ini ada di setiap sel tertentu.
Untuk memahami mekanisme biologis mana yang bertanggung jawab atas pembentukan domain berkelanjutan ini, penelitian tambahan akan diperlukan; Sementara para ilmuwan menawarkan dua model kejadian mereka. Salah satunya menunjukkan bahwa kromatin di Drosophila diselenggarakan oleh mekanisme "lengket", yaitu, beberapa bagiannya lebih cenderung terhubung satu sama lain. Menurut yang lain, menggambarkan apa yang disebut mekanisme ekstrusi engsel, kompleks protein besar membuat loop dari benang DNA dan karena paket DNA ini.
"Mungkin salah satu masalah paling menarik adalah apakah aturan lipat kromatin sama dalam berbagai jenis organisme hidup. Menggunakan metode Hi-C sel tunggal, drozophil, kami menemukan bahwa domain yang mirip dengan domain dalam sel mamalia juga hadir dalam genom serangga ini. Namun, struktur ini jauh lebih dipesan daripada pada mamalia, "kata Alexander Galitsyn, mahasiswa pascasarjana Scholtech dan salah satu penulis artikel pertama.
"Kami akan terus mempelajari arsitektur kromatin dan mekanisme untuk pembentukan loop dan Tadov. Masih ada banyak pertanyaan di bidang ini tanpa jawaban. Kita sudah tahu bahwa mekanisme ini dalam beberapa organisme dapat bervariasi, tetapi apa evolusi lipat kromatin secara keseluruhan? Jika kita ingin memahami ini pada tingkat detail yang cukup, kita perlu mengisi celah, mempelajari struktur kromatin dalam organisme aneh, dan bukan hanya mereka yang sudah diselidiki dengan baik. Oleh karena itu, kami sudah bekerja dengan spons laut, ragi dan amuba, "kata Catherine Temma.
Menurutnya, kelompok ini juga terlibat dalam kemungkinan koneksi perubahan dalam organisasi kromatin dengan penyakit, perkembangan tubuh dan penuaan. "Jika kita berasumsi bahwa arsitektur kromatina terkait erat dengan ekspresi gen, kemudian, menanggapi pertanyaan-pertanyaan ini, kita akan dapat menangani peraturan pengembangan tubuh manusia, penuaan dan penyakit," kata Tehraeva.
Spesialis Institut Biologi Gena Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Universitas Negeri Moskow dinamai setelah M. V. Lomonosov, Pusat Nasional Penelitian Ilmiah Prancis, Pusat Ilmiah Interdisipliner Rusia-Prancis Poncele dan organisasi lain terlibat dalam penelitian ini.
Sumber: Ilmu telanjang