Массачусетский технологический институт обнаружил трехмерные структуры ДНК, которые выживают при делении клеток

На протяжении десятилетий деление клеток (процесс размножения клеток) считалось нулевым для ДНК. ученые они полагали, что по мере того, как хромосомы сжимаются и готовятся к делению, сложная трехмерная архитектура генома временно разрушается только для того, чтобы реструктурироваться заново после окончания деления. Но новое открытие от С приходит, чтобы опрокинуть это фундаментальное убеждение.

Согласно исследованию, опубликованному в Структурная и молекулярная биология природыИсследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что крошечные петли ДНК, известные как микроотделения— они не только выживают во время митоза, но и становятся сильнее. Эта удивительная стабильность может объяснить, как клетки «помнит», какие гены включать, сохраняя свою идентичность в процессе деления.

«Митоз всегда считался своего рода «чистым холстом» — без активности генов и без структуры, отвечающей за регуляцию генов.“, объясняет Андерс Сейр Хансендоцент кафедры биологической инженерии Массачусетского технологического института. “Теперь мы знаем, что это не так. Структура всегда существует; оно просто меняет форму».

Команда Хансена вместе с Эдвард Баниган из Института медицинской инженерии и науки, смог увидеть в беспрецедентных деталях внутреннюю часть генома, используя новую технику картирования, Захват региона Micro-C (RC-MC). Этот метод обеспечивает разрешение в тысячу раз выше, чем предыдущие инструменты, что позволяет исследователям исследовать отдельные участки ДНК с чрезвычайной точностью.

Эти петли, микрокомпартменты, соединяют гены с удаленными регуляторными областями ДНК, известными как энхансеры, небольшими сегментами, которые активируют или деактивируют транскрипцию генов. По мере того как хромосомы конденсируются в митозе, эти петли, по-видимому, укрепляются, сближая регуляторные области и гены.

«Укрепление этих связей может быть тем, как клетки «запоминают», какие гены активировать после деления.“, говорит о Вират Гоэльдокторант Массачусетского технологического института и ведущий автор исследования. “Впервые мы можем напрямую связать физическую архитектуру генома с его функцией регуляции генов.».

Это открытие было бы невозможно без нового поколения инструментов картирования ДНК. В течение многих лет учёные использовали эту технику. Иккоторый был разработан исследователями из Массачусетского технологического института и Медицинской школы Чан Массачусетского университета. Несмотря на высокую эффективность в больших масштабах, Hi-C не смог обнаружить мелкие, детальные взаимодействия между энхансерами и промоторами генов.

Метод RC-MC Хансена изменил этот ландшафт. Вместо картирования всего генома он фокусируется на более мелких целевых участках, разрезая ДНК на однородные части и создавая 3D-карты высокого разрешения. Таким образом, команда Массачусетского технологического института обнаружила микроскопические структуры, которые оставались незамеченными при использовании старых методов.

Чтобы понять поведение этих микрокомпартментов, исследователи наблюдали за клетками на каждой стадии митоза. Преобладающая теория утверждала, что во время деления транскрипция почти полностью прекращается и трехмерная структура ДНК разрушается. Но данные MIT показали прямо противоположное.

«Мы приступили к этому исследованию с уверенностью, что в митозе нет регуляторной структуры, и в итоге мы ее там обнаружили.“, – признает Хансен. Микрокомпартменты не только не исчезли, но показали большую стабильность по мере конденсации хромосом.

Напротив, крупнейшие структуры, такие как отсеки A/B и ЗАТЕМ (топологически ассоциированные домены), исчезали, как уже наблюдалось в предыдущих исследованиях. Но существование этих крошечных петель фундаментально меняет наше понимание организации генома во время деления клеток.

ИЛИ г-н Эфи Апостолудоцент кафедры молекулярной биологии Вейл Корнелл Медицинакомментирует, что исследование “впервые раскрывает подробные особенности хроматина в митозе, которые мы не замечали с помощью классических методов.».

Это открытие может объяснить еще одну старую загадку: внезапное, кратковременное увеличение активности генов, наблюдаемое в конце митоза. С 1960-х годов ученые считали, что транскрипция полностью прекращается во время деления, пока исследования 2010-х годов не выявили краткий «всплеск» экспрессии генов.

Команда Массачусетского технологического института обнаружила, что микрокомпартменты формируются рядом с генами, которые демонстрируют временное увеличение активности. По мере конденсации ДНК энхансеры и промоторы вступают в физический контакт, образуя петли, которые могут временно активировать транскрипцию, возможно, как побочный эффект самого процесса конденсации.

Когда деление завершено и клетка переходит в фазу G1, большинство этих петель ослабевают или исчезают, возвращая активность генов к нормальному уровню.

Теперь исследователи Массачусетского технологического института планируют изучить, как такие факторы, как размер и форма клеток, влияют на эту микроархитектуру ДНК. Поставленный вопрос имеет решающее значение: как клетка выбирает, какие петли сохранить, а какие отбросить после митоза? Ответ может приблизить нас к пониманию самой клеточной идентичности, того, как клетка помнит, кем она является, даже несмотря на хаос деления.

[source]