Ученые выяснили, как хромосомы реорганизуются после деления клетки

Исследователи раскрыли ключевые механизмы и структурные детали фундаментального биологического процесса — как клеточное ядро и его хроматиновый материал реорганизуются после деления клетки. Новые данные об архитектуре и функции хромосом могут дать важные сведения для понимания здоровья человека и болезней.

Суть процесса

Во время митоза, когда клетка делится на две дочерние, практически все гены временно отключаются, а сложные структуры в хроматиновых волокнах (веществе хромосом) разрушаются. После митоза дочерние клетки точно восстанавливают эти сложные хроматиновые структуры внутри каждого ядра.

Методы исследования

Международная команда ученых использовала клетки кроветворной системы из устоявшейся модели мыши. Они применили высокопроизводительный метод захвата конформации хромосом (Hi-C), который обнаруживает и картирует взаимодействия в трехмерном пространстве между специфическими участками ДНК хромосом. Эти карты также позволили измерить такие взаимодействия в разные моменты клеточного цикла. В общей сложности инструменты обнаружили около 2 миллиардов взаимодействий во время митоза и после него.

Ключевые открытия

Исследование зафиксировало формирование структур в хроматине:

• Появление и расширение транскрипционно активных и репрессированных компартментов.
• Установление контактов между регуляторными областями генома.
• Изменения в так называемых архитектурных белках CTCF и когезине, которые помогают формировать структуру генома.

Результаты описывают динамическую иерархическую последовательность, по которой хромосомы восстанавливают себя после митоза.

Клиническое значение

Исследование углубляется во "взаимодействие между архитектурой хроматина и транскрипцией генов". Поскольку мутации, нарушающие нормальную архитектуру генома или транскрипцию, могут играть ключевую роль в заболеваниях, лучшее понимание архитектуры хроматина имеет потенциальную клиническую важность.

Например, дефекты в белке когезине вызывают подтипы мультисистемных генетических расстройств, таких как синдром Корнелии де Ланге (когезинопатии). "Заболевания, влияющие на хроматиновые структуры, следует рассматривать через призму клеточного цикла", — отмечают авторы.

Исследование, опубликованное в Nature, дает важное понимание фундаментальных аспектов ключевого биологического процесса — организации хроматина в пространстве и времени.