Раскрытие тайн структуры генома в ядре человеческой клетки с помощью 3D-компьютерного моделирования

Исследователи из Университета Нагои (Япония) создали трёхмерную компьютерную модель процесса формирования структуры генома в ядре человеческой клетки. Ожидается, что модель поможет понять клеточные регуляторные механизмы и заболевания, такие как рак, которые повреждают геном.

Трёхмерная структура генома играет ключевую роль в регуляции функций ДНК клеток животных и растений, поскольку влияет на её считывание и репликацию. Син Фудзисё и Масаки Сасаи, почётный профессор кафедры комплексных систем Университета Нагои, построили 3D-модель, проанализировав полный геном человеческих клеток. Они использовали эту модель как платформу для изучения взаимосвязи между структурой, динамикой и функциями человеческого генома. Результаты опубликованы в онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Пространственная организация ДНК и её динамическое движение в клетках имеют решающее значение для понимания клеточных функций, — объясняет профессор Сасаи. — Исследователи приложили значительные усилия, чтобы объяснить организацию ДНК в клетках, разработав различные экспериментальные методы, включая биохимические и микроскопические технологии, но теперь требуется единая картина. Наше исследование представляет первую вычислительную модель, которая может количественно анализировать различные данные полного генома человеческих клеток комплексным способом».

Чтобы понять процесс, исследователи изучили хроматин — смесь ДНК с белками, которая существует в клетках как способ компактизации ДНК. Согласно их модели, хроматин распределён неравномерно, и в процессе разворачивания, происходящего во время клеточного деления, силы отталкивания между цепями хроматина заставляют их разделяться. Эта же сила также разделяет хроматин на активные и неактивные компартменты в ядрах. Учёные обнаружили, что предложенный ими механизм проясняет биохимические и микроскопические данные предыдущих исследований.

Профессор Сасаи добавляет: «Наша модель предоставляет незаменимый инструмент и оригинальную перспективу в клеточной биологии. С помощью вычислительной модели, разработанной в этом исследовании, мы можем определить, как нарушения в клетках влияют на динамику и организацию генома. Мы также можем исследовать, как клетки заболеваний, включая различные раковые клетки, влияют на геном. Это позволяет глубже проанализировать взаимосвязь между структурой генома и регуляцией транскрипции. Модель, разработанная в этом исследовании, предоставляет фундаментальный инструмент и новую точку зрения в клеточной биологии».