Высокоточное картирование 3D-организации хромосом
Международная группа исследователей из Института генетики человека (CNRS, Франция) и Института Вейцмана (Израиль) впервые раскрыла детальную трёхмерную архитектуру хромосом. Учёные под руководством Джакомо Кавалли выполнили высокоразрешающее картирование различных контактов внутри и между хромосомами.
Это стало возможным благодаря новой высокопроизводительной методике, усовершенствованной командой из Монпелье. Работа, опубликованная в онлайн-версии журнала Cell 19 января 2012 года, проливает свет на влияние 3D-организации хромосом на экспрессию генома и развитие таких заболеваний, как рак.
Усовершенствованная методика Hi-C
Для описания взаимодействий между геномными регионами команда использовала метод «захвата конформации хромосом» (Hi-C), производный от техники, разработанной американской группой в 2009 году. Метод включает три основных этапа:
- Фиксация внутри- и межхромосомных взаимодействий формальдегидом.
- Сшивание концов двух контактирующих регионов с помощью белка ДНК-лигазы бактериального происхождения.
- Определение последовательности этих двух контактирующих регионов.
Команда Кавалли внесла в метод значительные улучшения, позволившие изучать гораздо более мелкие фрагменты ДНК (в несколько сотен пар оснований против прежних 5–10 килобаз). Это обеспечило картирование взаимодействий с высоким разрешением.
Результаты исследования на геноме дрозофилы
Используя эту технику, исследователи проанализировали геном дрозофилы (Drosophila), который в 15 раз меньше человеческого. Удалось идентифицировать 118 миллионов контактных зон.
Анализ этих зон позволил создать детальные карты взаимодействий. Они показали, что хромосомы организованы в домены, содержащие один или несколько генов. Эти домены, разделённые пограничными хроматиновыми регионами — «инсуляторами», соответствуют либо активно экспрессируемым, либо неактивным зонам.
Компьютерная модель и фундаментальные принципы
С помощью математической экспертизы израильской команды Амоса Таная был разработан компьютерный модель, способная с хорошей точностью предсказывать реальную укладку хромосом. Этот инструмент помог выявить фундаментальные принципы 3D-организации генома:
- Неактивные домены стремятся формировать взаимодействия с другими неактивными доменами, часто расположенными поблизости на той же хромосоме.
- Активные домены контактируют с другими активными доменами, как близкими, так и удалёнными, иногда даже на других хромосомах.
Эта работа закладывает основу для лучшего понимания различий в укладке хромосом между разными типами клеток (печёночными, мышечными, нервными и т.д.) и её роли в возникновении рака.