Hi-CO раскрывает сложную упаковку нуклеосом

Ученые из Института комплексных клеточно-материальных наук (iCeMS) Киотского университета разработали технологию, которая создает высокодетальные симуляции одной из базовых единиц нашего генома — нуклеосомы. Результаты опубликованы в журнале Nature Protocols и должны помочь лучше понять, как изменения в укладке нуклеосом влияют на работу генов.

Нуклеосомы — это базовые структурные единицы упаковки ДНК внутри ядра. Они состоят из ДНК, обернутой вокруг небольшого числа гистоновых белков. Нуклеосомы перемещаются внутри ядра, сворачиваясь и разворачиваясь, меняя ориентацию и сближаясь или удаляясь друг от друга. Эти движения влияют на доступность различных молекул к ДНК, определяя, когда и как гены включаются и выключаются.

«Трехмерная структура генома обеспечивает физическую молекулярную основу процессов экспрессии генов в клетках», — объясняет системный биолог iCeMS Юичи Танигучи, руководивший исследованием.

Для лучшей визуализации этой структуры Танигучи и коллеги разработали Hi-CO (high-throughput chromosome conformation capture with nucleosome orientation). Метод развивает существующую технологию Hi-C, значительно повышая разрешение, чтобы симуляции показывали 3D-положение и ориентацию каждой проанализированной нуклеосомы в образце.

«Возможность анализировать эту структуру должна помочь прояснить истоки и принципы контроля многих биологических явлений, включая дифференцировку клеток и иммунитет», — говорит молекулярный биолог Масаэ Оно, проводившая эксперименты и анализы.

Процесс Hi-CO занимает месяц и включает обработку генома организма ферментами и другими молекулами, что в итоге расщепляет его ДНК на миллионы фрагментов, которые были близки друг к другу из-за соседства нуклеосом. Затем эти фрагменты секвенируют, а данные вводят в программу симуляции, которая показывает наиболее вероятные ориентации каждой нуклеосомы.

Команда Танигучи успешно протестировала Hi-CO на геноме дрожжей. Они планируют использовать метод для анализа геномов других организмов, продолжая совершенствовать технологию, а также для изучения структур генома при различных состояниях дифференцировки клеток и при заболеваниях.