Упаковка и распаковка генома
ДНК представляет собой динамичную форму информации, требующую баланса между эффективным хранением и доступом. Упаковать примерно 1.8 метра ДНК в нечто столь малое, как клеточное ядро, — непростая задача, но распаковать её снова для доступа к нужным участкам и генам? Это требует организации.
Вкратце, это достигается за счёт конденсации и упаковки ДНК в хроматин — комплекс ДНК и белков-гистонов, который постоянно модифицируется по мере доступа к ДНК. Гистоновые белки требуют постоянной замены для поддержания правильной структуры хроматина, необходимой для всех процессов, связанных с ДНК в клетке.
Чтобы лучше понять важность замены гистонов, исследователи из Института Бабрахама и Центра клинических наук MRC использовали развивающиеся яйцеклетки (ооциты) мыши. Развивающиеся ооциты представляют собой систему, в которой можно изучать механизмы упаковки ДНК в отсутствие репликации ДНК, так как яйцеклетки не делятся. Однако их геномы высокоактивны, поскольку развитие яйцеклетки включает широкомасштабное включение и выключение генов и модификацию ДНК перед тем, как зрелая яйцеклетка будет готова к оплодотворению. Работа, опубликованная в последнем выпуске Molecular Cell, опиралась на экспертизу института в области анализа единичных клеток, что позволило точно картировать эпигенетический ландшафт в ценных клетках.
Исследователи удалили белок-шаперон гистонов (один из группы белков, ответственных за замену гистонов в структуре хроматина) Hira и проанализировали влияние на развитие ооцитов, целостность ДНК и накопление метилирования ДНК.
«Ооциты, лишённые шаперона гистонов Hira, демонстрировали серьёзные дефекты развития, которые часто приводили к гибели клеток», — сказал доктор Гэвин Келси, руководитель исследовательской группы в программе «Эпигенетика» Института и автор статьи. «Вся система нарушена, в яйцеклетках накапливаются повреждения ДНК, а изменённый хроматин означает, что гены не могут эффективно заглушаться или активироваться. Но мы также обнаружили сложную взаимосвязь между различными эпигенетическими системами, работающими в ооците, где нарушение поддержания нормального уровня гистонов серьёзно компрометировало нанесение метильных меток на лежащую в основе ДНК».
Исследование подчёркивает важность обновления гистонов для поддержания точности генома и углубляет наше понимание механизмов, защищающих целостность генома при его ремоделировании. Изучение этого в контексте развивающихся ооцитов даёт новое представление о нашем динамичном геноме, без осложнений, связанных с репликацией ДНК, и также показывает, насколько важна поддержка динамики хроматина для целостности наших половых клеток.