Роль эпигенетического регулятора HP1a в организации ДНК в ядре
Исследователи из Института иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка во Фрайбурге в сотрудничестве с коллегами из Института Фридриха Мишера в Базеле выявили критическую роль белка HP1a в реорганизации 3D-структуры генома после оплодотворения. Исследование идентифицирует HP1a как эпигенетический регулятор, участвующий в установлении глобальной структуры генома в раннем эмбрионе Drosophila.
ДНК в ядре организована не хаотично, а сложным образом упакована с помощью белков. Эта трёхмерная пространственная организация генома фундаментальна для регуляции генов и должна заново устанавливаться у каждой особи в раннем эмбриогенезе.
HP1a как ключевой "читатель" для структуры хроматина
Степень упаковки ДНК и активность генов регулируются эпигенетическими модификациями — химическими группами на гистонах. Белки, работающие с этими модификациями, можно разделить на "писателей", "ластиков" и "читателей".
- Исследование показало, что белок-читатель HP1a необходим для установления структуры хроматина во время раннего эмбрионального развития Drosophila.
- Ранний эмбрион — идеальная модель для изучения, так как после оплодотворения большинство эпигенетических модификаций стираются и должны быть установлены заново (de novo).
Установление 3D-архитектуры генома de novo
При первой активации генома зиготы после оплодотворения запускается глобальная реорганизация хроматина, включающая:
- Кластеризацию высококонденсированных перицентромерных областей.
- Сворачивание плеч хромосом.
- Разделение хромосом на активные и неактивные компартменты.
HP1a оказался необходимым как для поддержания целостности отдельных хромосом, так и для установления глобальной структуры генома в раннем эмбрионе.
Подтверждение с помощью 3D-моделирования генома
Данные, собранные на эмбрионах Drosophila, были использованы для построения реалистичных трёхмерных моделей хромосом на основе законов полимерной физики.
- Хромосомы рассматриваются как полимеры — цепочки мономеров (последовательных пар оснований ДНК и ДНК-связывающих белков).
- Компьютерное моделирование позволило проверить, может ли удаление всего одного белка — HP1a — привести к масштабным изменениям в ассоциациях и форме хромосом в ядре.
Результат моделирования: Удаление белка из мест его связывания в симуляциях полностью объяснило все экспериментальные наблюдения. Это предоставило дополнительное подтверждение, что HP1a играет ключевую роль в установлении трёхмерной структуры генома.