Хромосомы демонстрируют свою форму

Хромосомы – 46 плотно упакованных пакетов генетического материала в наших клетках – традиционно изображаются как X-образные структуры. Однако эти аккуратные X появляются только тогда, когда клетка готовится к делению, и весь её геном дублируется. До сих пор исследователи не могли получить чёткую картину того, как наша ДНК – около двух метров нитей в общей сложности – аккуратно упакована в ядро, сохраняя при этом повседневную (неделящуюся) генную активность.

Комбинация новых методов секвенирования ДНК в отдельных хромосомах и анализа данных тысяч измерений дала новую картину трёхмерной структуры хромосом. Этот метод, результат международного сотрудничества, недавно описанный в Nature, поможет понять фундаментальные процессы регуляции экспрессии генов и поддержания стабильности генома.

Профессор Амос Танай из Института Вейцмана разрабатывает продвинутые компьютерные алгоритмы для анализа геномных наборов данных, которые могут содержать миллиарды бит информации. Его команда, включая аспирантов Янива Люблинга и Эйтана Яффе, объединилась с доктором Питером Фрейзером из Института Бэбрахама (Великобритания), чтобы разрешить архитектуру хромосом с беспрецедентно высоким разрешением.

Вместо традиционной микроскопии они использовали возможности современного высокопроизводительного секвенирования ДНК. Команда Фрейзера разработала сложный метод секвенирования для получения тысяч измерений контактов между генами внутри одиночных клеток. Хотя эти методы значительно превосходят подходы, усредняющие конформации миллионов хромосом, данные, полученные всего из нескольких триллионных долей грамма ДНК в одной клетке, можно интерпретировать только с помощью продвинутых статистических методов. Команда Таная провела сложный компьютерный анализ, превратив миллионы последовательностей ДНК в надёжные карты контактов между генами вдоль отдельных хромосом. На основе этих карт команда, в сотрудничестве с доктором Эрнестом Ло из Кембриджского университета, смогла создать 3D-модели структур отдельных хромосом.

Интересно, что новые высокоразрешающие изображения хромосомной архитектуры показывают, что структура одной и той же молекулы ДНК может значительно различаться в разных клетках. В то же время результаты указывают на некоторые базовые принципы организации генов. Их расположение выглядит модульным и основанным на функциях тысяч генов, встроенных в каждую хромосому. Данные позволяют предположить, что хромосомы выносят более активные гены на свои границы, возможно, обеспечивая этим генам лучший доступ к клеточным механизмам, которые их регулируют.

Помимо уникального взгляда на структуру хромосом, исследователи полагают, что их метод станет мощным новым инструментом для генетических исследований. Например, он может помочь выявить различия в генетической активности между разными типами клеток или способствовать пониманию механизмов, определяющих активность или покой генов при различных нормальных или патологических состояниях.