Новый метод раскрывает трёхмерную структуру генома человека

Исследователи из Weill Cornell Medicine и New York Genome Center совместно с Oxford Nanopore Technologies разработали новый метод масштабного анализа трёхмерной структуры генома человека — того, как геном сворачивается.

Используя этот метод, учёные показали, что на функцию клетки, включая экспрессию генов, могут влиять не пары регуляторных элементов, а целые их группы, взаимодействующие одновременно. Результаты, опубликованные 30 мая в Nature Biotechnology, помогают понять связь между структурой генома и клеточной идентичностью.

"Знание трёхмерной структуры генома поможет лучше понять, как он функционирует и, в частности, как кодирует различные клеточные идентичности", — сказал старший автор работы доктор Марчин Имелински.

Предыдущие методы, такие как Hi-C (chromatin conformation capture), позволяли изучать только частоту взаимодействия двух локусов (физических участков генома). Это давало неполное представление, особенно о том, как структура ДНК кодирует конкретный тип клетки (печёночной, лёгочной и т.д.).

Новый подход, названный Pore-C, сочетает адаптированную технологию Hi-C с нанопоровым секвенированием (nanopore sequencing) длинных непрерывных цепей ДНК. Это позволило наблюдать десятки миллионов групповых взаимодействий локусов.

Исследователи также создали статистические методы для определения значимости таких группировок, основанные на том, взаимодействуют ли элементы кооперативно, влияя на экспрессию генов.

"Многие трёхмерные взаимодействия в геноме не важны. Наши аналитические методы помогают выделить групповые взаимодействия, которые, вероятно, имеют значение для функции генома", — пояснил доктор Имелински.

Ключевой вывод: наиболее значимые кооперативные группировки элементов ДНК обнаруживались вокруг генов, связанных с клеточной идентичностью.

В будущем метод Pore-C может помочь:

• Изучить, какие именно группировки геномных компонентов важны для формирования клеточной идентичности.
• Понять процесс дифференцировки стволовых клеток.
• Исследовать аномалии в раковых клетках.

"В будущем эта технология может быть очень полезна для понимания того, как перестраиваются геномы раковых клеток и как эти перестройки ведут к изменению клеточной идентичности, что позволяет раку расти и распространяться", — отметил доктор Имелински.