Indicator: Внешний вид хромосом в половых клетках связали с активностью генов
Исследователи из Санкт-Петербурга сопоставили участки генома с различной генетической активностью с 3D-строением хромосом.
Авторы сравнили крупные районы хромосом в?половых и?соматических?— то?есть всех остальных?— клетках курицы, и?нашли сходства в?пространственной укладке их?геномной ДНК с?различной плотностью генов, кодирующих белки. Информация о?связи внешнего вида хромосом с?генетической активностью проливает свет на?фундаментальные механизмы работы генов в?клеточном ядре.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в?журнале Epigenetics &?Chromatin.
Геномы позвоночных, в?том числе и?человека, условно можно разделить на?две большие части в?зависимости от?того, сколько в?них содержится генов, кодирующих белки. Условно их?называют компартментами?А и?В.?Компартмент А?соответствует районам хромосом, где активно идет транскрипция, то?есть считывание информации об?РНК с?ДНК. Вторая часть, компартмент?В, наоборот, соответствует областям, которые почти не?содержат генов, кодирующих белки, и?представляет собой так называемые репрессивные участки, богатые повторами и?другими регуляторными элементами ДНК. Транскрипционная активность генов тесно связана с?пространственной укладкой генетической информации, или архитектурой генома. Дело в?том, что считывать информацию с?ДНК помогают особые белки?— транскрипционные факторы. И, чтобы они могли присоединиться к?ДНК, эта молекула, в?норме плотно скрученная подобно запутанному клубку ниток, должна ?распутаться? и?выпрямиться. 3D-строение генома и?транскрипционный аппарат вместе поддерживают длительное состояние активного или репрессивного статуса хроматина в?каждом конкретном участке ДНК. Нарушение архитектуры ДНК может привести к?развитию различных заболеваний, в?том числе онкологических. Поэтому, чем больше будет известно о?молекулярных механизмах изменений в?3D-строении ДНК, тем станет понятнее, как именно нужно лечить связанные с?этим?заболевания.
Ученые из?Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) сравнили структуру укладки молекул ДНК и?генетическую активность в?соматических, то?есть обычных клетках тела, и?в?ооцитах (женских половых клетках) курицы. Когда в?процессе развития организма клетка приобретает специализацию, например, становится эпителиальной, нервной или половой, архитектура генома тоже меняется, и?это влияет на?активность генов. Сопоставление половых и?соматических клеток помогает лучше понять принципы упаковки генетической информации.
В?ооцитах птиц происходит интенсивный синтез РНК, необходимых для производства белков для будущего зародыша,?— а?потому и?активная транскрипция. Это, в?свою очередь, влияет на?внешний вид хромосом: они становятся в?десятки раз больше хромосом соматических клеток, могут достигать одного миллиметра в?длину, их?хорошо видно даже в?обычный микроскоп. Кроме того, они?имеют характерную укладку, напоминающую ершик для чистки керосиновых ламп, в?связи с?чем их?называют хромосомами типа ?ламповых щеток?. Ось такой ?щетки? состоит из?цепи хромомеров?— узелков плотно упакованного хроматина, расположенных друг за?другом. В?этих участках практически не?осуществляется синтез РНК, так как почти нет генов, содержащих информацию о?строении белка. От?этой ?неактивной? оси отходят петли, каждая из?которых состоит из?нити ДНК с?очень интенсивной транскрипцией.
В?соматических клетках крайне сложно провести анализ одновременно и?транскрипционной активности, и?архитектуры генома. Его?небольшой размер также усложняет анализ, тогда как гигантские хромосомы в?ооцитах могут помочь выявить универсальные механизмы разделения хроматина на?активные и?неактивные части.
Руководитель проекта, кандидат биологических наук, руководитель лаборатории структуры и?динамики клеточного ядра, доцент кафедры цитологии и?гистологии 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 Алла Красикова
Авторы выделили генетический материал из?клеток соединительной ткани курицы, после чего сопоставили полученные последовательности ДНК с?укладкой хромосом в?ооцитах, обращая внимания на?то, какие гены находятся в?активных и?репрессивных участках. Чтобы различить эти участки, ученые пометили их?разными светящимися ДНК-зондами?— короткими последовательностями нуклеотидов, которые присоединялись к?строго определенным участкам хромосомы. В?результате по?разнице в?свечении исследователи выяснили, что границы активных и?репрессивных зон не?соответствуют границам хромомеров. Вместо одного крупного неактивного участка ученые наблюдали несколько мелких репрессивных зон на?нити ДНК.
Таким образом ученые установили, что и?в?половых, и?в?соматических клетках участки активного хроматина соответствуют сегментам хромосом, состоящим из?мелких ?узелков? хромомеров и?длинных боковых петель. Участки с?крупными ?узелками? и?короткими петлями соответствуют плотно скрученным репрессивным зонам с?низкой плотностью генов и?неактивной транскрипцией.
?В?дальнейшем мы?планируем изучить механизмы формирования отдельных хромомеров. Кроме того, интересно изучить сам механизм гипертранскрипции в?ооците и?влияние сверхбыстрого синтеза РНК на?хромосомах типа ламповых щеток на?активность генов?,?— рассказывает Алла Красикова.