Учёные заложили основу для понимания репликации ДНК на уровне одной клетки

Исследовательская группа разработала новый метод для детального изучения репликации ДНК в отдельных клетках. Метод, названный scRepli-seq (single-cell DNA replication sequencing), позволил получить детальное представление о распределении реплицированных и нереплицированных последовательностей в каждом отдельном клеточном геноме.

Суть метода

Учёные выделили геномную ДНК из одиночных клеток в S-фазе клеточного цикла и провели полногеномное секвенирование. Это позволило детектировать разницу в числе копий между различными участками генома. Кроме того, используя однонуклеотидные вариации между родительскими хромосомами, исследователи смогли различить в каждой клетке гомологичные хромосомы, унаследованные от отца и матери, и визуализировать, как реплицируется каждая хромосома.

Ключевые результаты

• Высокая консервативность: Анализ эмбриональных стволовых (ES) клеток мыши показал, что вариации в профилях репликации ДНК между клетками намного меньше ожидаемых. Процесс репликации генома высоко консервативен.
• Связь со структурой хроматина: Профили репликации ДНК на уровне одной клетки хорошо отражают организацию хромосом в A/B компартменты (активные/неактивные). Стабильность профилей между клетками предполагает, что и A/B компартментная структура может быть консервативной.
• Источники вариабельности: Несмотря на общее сходство, некоторые участки генома показали относительно высокую вариабельность между клетками:
  1. Время, проведённое клеткой в S-фазе: наименьшая вариабельность — у самых ранних и самых поздних реплицирующихся последовательностей; в середине S-фазы вариабельность выше.
  2. Развитие: последовательности, время репликации которых меняется на поздних стадиях развития, демонстрируют более высокую вариабельность времени репликации в недифференцированных ES-клетках. Это может указывать на их нестабильность компартментализации, что, вероятно, обеспечивает компетенцию для последующей регуляции в ходе развития.

Значение работы

Исследование значительно углубляет понимание регуляции репликации ДНК на уровне одной клетки и даёт представление о том, как регулируется высшая структура хроматина. Метод scRepli-seq прост и универсален, его можно применять к различным организмам.

"Наша методология, несомненно, окажет широкое влияние на фундаментальную биологию репликации ДНК, структуры и нестабильности генома, но также может служить комплексным биомаркером для оценки состояния здоровья и болезней человека, что может привести к новым направлениям исследований различных заболеваний, таких как рак", — отмечают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Genetics.