Раскрытие структуры генома в трёхмерном пространстве
Правильное сворачивание чрезвычайно длинных молекул хромосомной ДНК критически важно для корректной работы клетки. Учёные из лаборатории Герлиха в Институте молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук разработали революционный метод для картирования точек контакта между реплицированными молекулами ДНК, проясняя, как геном упакован внутри ядра человеческих клеток.
Клетки крошечные, их диаметр составляет лишь микрометры. Однако совокупность молекул хромосомной ДНК, кодирующих геном, имеет длину почти 2 метра. Чтобы поместиться в клетки, хромосомная ДНК многократно складывается. Но ДНК не просто хаотично втиснута в ядро — она организована в специфическую и строго регулируемую структуру. Пространственная организация хромосомной ДНК позволяет регулируемым топологическим взаимодействиям между удалёнными участками, поддерживая правильную экспрессию, поддержание и передачу генома через поколения клеток.
Разрывы в ДНК, которые могут возникать спонтанно или в результате облучения или химического воздействия, могут привести к серьёзным проблемам, поскольку способствуют мутациям и в конечном итоге могут вызвать рак. Однако не каждый разрыв ДНК имеет катастрофические последствия, так как клетки обладают ingenious способами репарации повреждений. Один из основных путей репарации ДНК включает копирование утраченной информации с повреждённой ДНК на реплицированную сестринскую хроматиду. Для этого две молекулы ДНК сестринских хроматид должны сблизиться в точно той же геномной позиции. Однако то, как две молекулы ДНК организованы относительно друг друга для поддержки этого важного пути репарации, оставалось неясным.
Команда Даниэля Герлиха разработала метод, решающий эту проблему. «Современные методы картирования укладки ДНК имеют серьёзное слепое пятно: они не способны различать идентичные копии молекул ДНК. Наш подход к решению заключался в маркировке копий ДНК таким образом, чтобы мы могли различать их с помощью секвенирования ДНК», — объясняет Майкл Миттер, аспирант лаборатории доктора Герлиха и первый автор текущей публикации в Nature. Используя этот подход, исследователи смогли создать первую высокоразрешающую карту точек контакта между реплицированными хромосомами.
«С помощью этого нового метода мы теперь можем изучать молекулярную машинерию, регулирующую конформацию сестринских хроматид, что даст представление о механизмах, лежащих в основе репарации разрывов ДНК и формирования палочковидных хромосом в делящихся клетках, что необходимо для правильной передачи генома потомству клеток», — говорит Даниэль Герлих о проекте.