Распутывая клубок ДНК: новая модель объясняет организацию хромосом
Исследователи из SISSA (Триест) разработали и изучили численную модель хромосомы, которая согласуется с экспериментальными данными и предлагает гипотезу о функции её пространственной укладки.
Хромосома большую часть времени находится в «разбавленном» состоянии в ядерной цитоплазме. Со стороны её структура может казаться хаотично запутанной нитью, однако биологические данные указывают на обратное: несмотря на существование хаотического компонента, экспериментальные измерения выявили области, которые, как правило, содержат определённые гены. Эти измерения позволили создать карты хромосомы в её активной форме, в которой происходят процессы транскрипции ДНК.
Физик Кристиан Микелетти из SISSA координировал международную группу исследователей, которая разработала метод, позволивший:
- Проверить уже известные экспериментальные данные.
- Получить данные в поддержку теории, объясняющей, почему ДНК упакована в определённые области.
Ключевая гипотеза и метод
Используя общедоступные данные об экспрессии генов, учёные выявили семейства корегулируемых генов внутри хромосомы. Эти гены работают «в унисон», хотя часто находятся далеко друг от друга на нити ДНК. Существуют две основные гипотезы их синхронизации:
- Существование «посредников», которые перемещаются между генами.
- Сближение генов одного семейства за счёт пространственной укладки ДНК внутри клубка.
Исходя из второго предположения, исследователи с помощью компьютера заставили численную модель ДНК сблизить корегулируемые гены.
Результаты
- Карта укладки хромосомы, полученная в симуляции, оказалась очень близка к экспериментальной.
- Модель успешно сблизила гены, принадлежащие к одному семейству, в 80% случаев, что подтверждает жизнеспособность гипотезы и эффективность моделирования.
Статья была выбрана журналом PLOS Computational Biology в качестве обложки мартовского номера.