Российские ученые впервые охарактеризовали архитектуру генома птиц

Результаты исследования, которые опубликованы в?журнале Nucleic Acids Research, позволят лучше понять способы пространственной укладки геномной ДНК и?причины многих генетических заболеваний.

Как правило, генетический материал (молекулы ДНК) представлен в?виде линейной последовательности нуклеотидов. Однако инновационные биохимические и?биоинформатические методы позволили исследовать геном в?трехмерном пространстве: в?результате были обнаружены новые устойчивые единицы упаковки хроматина?— ТАДы (топологически ассоциированные домены). ТАДы можно представить в?виде районов, каждый из?которых включает определенный набор генов и?регулирующие их?последовательности. Такие домены эволюционно консервативны: во-первых, они возникают на?одном и?том?же месте (топологически ассоциированы), а?во-вторых, присутствуют в?большинстве клеток многих организмов, включая человека. Сейчас генетики по?всему миру продолжают исследование ТАДов у?разных животных.

Так, ученые 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 совместно с?коллегами из?Новосибирска впервые провели полногеномный анализ птицы, изучив архитектуру ДНК домашней курицы. Специалисты Института цитологии и?генетики Сибирского отделения РАН собрали данные об?архитектуре генома методами захвата конформации хроматина и?секвенирования нового поколения (Hi-C) с?последующим биоинформатическим анализом, а?цитологи 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 проверили достоверность и?визуализировали эти результаты с?помощью микроскопии (флуоресцентная situ-гибридизация).

Группа российских ученых выяснила, что у?домашней курицы есть ТАДы на?уровне всего генома, а?значит, такой способ укладки ДНК общий не?только для млекопитающих, но?и?для птиц. Кроме того, несмотря на?то, что геном курицы небольшой, размеры ее?топологически ассоциированных доменов практически сопоставимы с?человеческими (от?700 тысяч до?одного миллиона пар нуклеотидов).

?У?разных классов организмов можно найти общие последовательности генов?— довольно протяженные районы. Когда геном перестраивается (например, в?результате эволюции), район перемещается в?другое место. Точки разрывов в?большинстве случаев оказываются именно на?границе ТАДов, а?не?внутри. Таким образом, топологически ассоциированные домены в?этих районах удерживают свою структуру, то?есть остаются эволюционно консервативными и?сохраняются даже у?очень далеких видов. Другими словами, ТАД?— это устойчивая структурная единица, которая обеспечивает правильную работу генов?,?— пояснила соавтор исследования, доцент 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 Алла Красикова.

В?перспективе исследование архитектуры генома может дать толчок к?изучению многих генетических заболеваний, которые происходят из-за разрушения границ ТАДов, среди них?— лейкемия и?другие типы рака, акропекторовертебральная дисплазия (F-синдром), демиелинизирующая лейкодистрофия, мезомелическая дисплазия.

Полное понимание механизма формирования петлевых структур ДНК в?составе ТАДов поможет редактировать их?границы в?случае их?разрушения и?подбирать соответствующую терапию в?зависимости от?причины, по?которой произошла опухолевая трансформация клетки.

Ведущий научный сотрудник Института цитологии и?генетики СО?РАН кандидат биологических наук Вениамин Фишман

Кроме того, данные 3D-геномики будут полезны и?для селекции. Например, информация о?границах топологически ассоциированных доменов потенциально позволит проводить манипуляции с?генами, которые отвечают за?яйценоскость или морозостойкость у?домашних куриц. Так, во?Франции уже существует целый международный проект FR-AgENCODE, в?рамках которого ученые собирают массивы данных об?архитектуре генома разных сельскохозяйственных животных.

Еще одно открытие ученые 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 и?Института цитологии и?генетики Сибирского отделения РАН сделали, сравнив в?геноме домашней курицы ТАДы двух типов клеток?— эритроцитов и?эмбриональных фибробластов. Эритроциты?— это красные кровяные клетки, которые содержат гемоглобин и?ответственны за?перенос кислорода. У?птиц в?этом типе клеток крови есть ядро, в?отличие от?млекопитающих, у?которых ядро вместе с?геномом утрачивается в?процессе созревания. Эритроциты кардинально отличаются от?обычных клеток другой укладкой генома, меньшим размером ядра и?неактивностью генов. Группа исследователей установила, что помимо прочих отличий в?эритроцитах нет и?ТАДов. В?перспективе сравнительный анализ обычных клеток и?эритроцитов может помочь ученым выяснить механизмы возникновения и?исчезновения топологически ассоциированных доменов.

?Сегодня у?ученых есть множество гипотез о?том, каким образом ТАДы формируются, сохраняют свою структуру и?собираются после митоза (деление клетки). Например, в?митотических хромосомах, которые участвуют в?митозе, топологически ассоциированных доменов тоже нет. Но?когда хромосомы деконденсируются в?следующей фазе, ТАДы собираются снова, причем каждый раз примерно в?том?же самом месте. Можно предположить, что есть какие-то механизмы, которые скручивают район хроматина (ТАД) именно в?том месте, где он?был до?этого. Эти механизмы еще предстоит выяснить?,?— отметила доцент 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 Алла Красикова.

Перспектива продолжения исследования также состоит в?возможности сравнения доменов хроматина в?соматических и?половых клетках. Так, ученые 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 совместно с?коллегами из?Новосибирска планируют с?помощью методов Hi-C и?флуоресцентной in?situ-гибридизации изучить архитектуру генома в?гигантских хромосомах типа ламповых щеток (напоминающих ершики для чистки стекол керосиновых ламп), характерных для растущих ооцитов.