Исследователи впервые получили полные 3D-структуры бактериальной хромосомы
Международная команда учёных расшифровала полную трёхмерную структуру хромосомы бактерии Caulobacter crescentus. Анализ структуры, опубликованной в Molecular Cell, раскрыл новые данные о функции генетических последовательностей, отвечающих за форму и структуру этого генома.
Для построения первой 3D-модели архитектуры бактериальной хромосомы исследователи использовали комбинацию методов:
- высокопроизводительное определение хроматиновых взаимодействий (технология «5C»);
- секвенирование ДНК нового поколения;
- вычислительное моделирование;
- флуоресцентную микроскопию.
С помощью технологии «5C» было нанесено на карту более 28 700 точек контакта в геноме Caulobacter crescentus. Эти данные, загруженные в вычислительную модель, позволили получить структурную модель хромосомы эллипсоидной формы со спирально расположенными «плечами».
Ключевое открытие касается роли специфической генетической последовательности — сайта parS. 3D-модели в сочетании с микроскопией показали, что сайт parS, расположенный на полюсе одного из «плеч» хромосомы, служит якорем для генома и определяет его общую структуру.
Для проверки этой гипотезы учёные создали мутантные бактерии, в которых сайт parS был перемещён из своего обычного положения. 3D-моделирование мутантов показало изменение структуры хромосомы: весь геном повернулся по часовой стрелке.
«Поразительно, но мы обнаружили, что перемещение элементов последовательности размером не более 500 пар оснований привело к изменению конформации всех 4 миллионов пар оснований хромосомы!» — отметил Марк Амбаргер, соавтор исследования.
Результаты показывают, что сайт parS в Caulobacter crescentus определяет ориентацию и глобальную структуру всей хромосомы и является единственной последовательностью, которая стабильно закрепляет хромосому в клетке.
«Это не то, что мы могли бы предсказать, просто взглянув на последовательность ДНК», — сказал Джоб Деккер, соавтор работы. — «Изучая архитектуру генома, мы можем выявлять новые классы геномных последовательностей, важных для функции и структуры хромосомы».