Разгадка тайны геномной архитектуры динофлагеллят

Новое исследование под руководством Стэнфордского университета с участием Артура Гроссмана и Тинтин Сян из Института Карнеги раскрывает давнюю загадку о взаимосвязи формы и функции генетического материала у разнообразной группы водорослей — динофлагеллят.

Их выводы, опубликованные в Nature Genetics, важны для понимания принципов геномной организации всех организмов.

Динофлагелляты включают более 2000 видов морского и пресноводного планктона. Многие из них фотосинтезируют, а некоторые также поглощают другие организмы для питания. Они играют множество ролей в различных экосистемах, включая экстремальные среды, и известны людям в основном как причина токсичных «красных приливов» и источник большей части океанического биолюминесценции.

Некоторые фотосинтезирующие динофлагелляты также критически важны для здоровья коралловых рифов. Эти водоросли поглощаются отдельными клетками кораллов и формируют взаимовыгодные отношения, в ходе которых происходит обмен питательными веществами. Потепление океана и загрязнение могут разрушить эти отношения, что приводит к «обесцвечиванию» кораллов и риску их голодной смерти, что угрожает гибелью целым рифовым экосистемам.

Одной из определяющих характеристик эукариот является то, что их ДНК находится внутри ядра клетки и организована в отдельные единицы — хромосомы. Кроме того, у большинства эукариот сегменты ДНК намотаны на белковый комплекс, называемый нуклеосомой. Эта организация помогает конденсировать генетический материал и контролировать доступ к ДНК и активацию генов.

«В отличие от этого, хотя динофлагелляты и являются эукариотами, их геном не упакован в нуклеосомы. Вместо этого он кажется постоянно конденсированным и существует в жидкокристаллическом состоянии», — объяснил Гроссман.

Чтобы изучить этот вопрос, исследовательская группа использовала современные технологии для картирования 3D-пространственных взаимосвязей генетического материала динофлагелляты Breviolum minutum.

«Наша работа выявила топологические особенности в геноме Breviolum, которые отличаются от различных моделей организации генома динофлагеллят, предсказанных с 1960-х годов», — сказала Сян.

Они обнаружили свидетельства существования в геноме динофлагеллят крупных само-взаимодействующих регионов ДНК, называемых «топологически ассоциированными доменами». Работа предполагает, что эта геномная архитектура индуцируется процессом транскрипции генов в РНК.

Фактически, когда транскрипция подавлялась, архитектура «ослаблялась», что указывает на то, что жестко сохраняемые топографические особенности действительно являются функцией генной активности.

«Эти результаты поднимают еще много вопросов, но они представляют собой большой шаг вперед в разгадке тайн генома динофлагеллят. Они также дают новую перспективу на взаимоотношения структуры и функции, присущие хромосомам», — заключил Гроссман.