Математический анализ раскрывает архитектуру генома человека

Предыдущие методы изучения архитектуры генома основывались на методах, требующих уничтожения клеток. В этом исследовательском проекте, в котором участвовали сотрудники нескольких институтов в Японии, использовались альтернативные методы молекулярной и клеточной биологии для поддержания жизни клеток и сбора данных о естественном движении ДНК.
ДНК часто рассматривается как стабильный и статичный код, но геном в целом на самом деле представляет собой активную молекулу, которая перемещается и меняет форму.

В настоящее время ученые могут секвенировать весь базовый код ДНК, но знание крупномасштабной трехмерной архитектуры генома даст больше информации о том, как клетки используют этот код.
Пока клетка растет, ДНК хранится в виде распутанной катушки с веревкой; определенные части (эухроматин) более свободно намотаны и, следовательно, доступны для клеточного аппарата, который превращает ДНК в белок, чем другие участки, которые остаются плотно намотанными (гетерохроматин).

Когда клетка готовится разделиться пополам во время деления клетки, она упаковывает весь хроматин в плотно скрученные Х-образные хромосомы.
«Наши расчеты учитывают фрактальные размеры ДНК, которые показывают, насколько плотно ДНК упакована внутри клетки. То, как упакована ДНК, может указывать на то, как клетка использует определенные гены », – сказал Соя Шинкай, доктор философии, доцент Хиросимского университета и первый автор исследовательской работы.

Вдоль «нити» хроматина регулярно расположены бочкообразные «бусинки» комплексов ДНК-белок, называемые нуклеосомами. Исследователи отслеживали движение нуклеосом по клетке, чтобы понять, где и как хранится хроматин.

Исследователи пометили нуклеосомы флуоресцентными метками и сделали микроскопические изображения во время фазы роста человеческих клеток. Затем они использовали теории физики полимеров для количественной оценки движения нуклеосом.
"Каждую секунду нуклеосома размером 10 нанометров может перемещаться на 100 нанометров. Постоянные, тонкие случайные силы внутри клетки заставляют хроматин так сильно перемещаться », – сказал Шинкай.

Прежде чем клетка сможет использовать ген, необходимо полностью размотать ДНК. Области хроматина, содержащие часто используемые гены, менее плотно обернуты, чем области хроматина с редко используемыми генами.

Модель для визуализации того, как хроматин упакован в клетке, может позволить исследователям понять, к каким генам обращаются чаще всего или реже всего и как физически организован геном.
«Наши расчеты относятся к локальным структурам хроматина, но этот метод также можно распространить на целые хромосомы.

Эти математические формулы представляют собой теорию того, как интерпретировать визуальные данные с микроскопических изображений ДНК, движущейся внутри клетки », – сказал Юичи Тогаси, доктор философии, доцент Хиросимского университета и последний автор исследовательской работы.
Будущие исследовательские проекты будут включать в себя поиск новых методов микроскопии и маркировки ДНК для визуального отслеживания движения отдельных нуклеосом в течение более длительных периодов времени.

1 комментарий к “Математический анализ раскрывает архитектуру генома человека”

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *