Подробное исследование показывает, что клетки постоянно переставляют гены

Перемещение генов может помочь клеткам реагировать на изменения, согласно учёным из Института Бабрахама в Кембридже (Великобритания) и Института Вейцмана (Израиль). Изменение местоположения гена внутри клетки влияет на его активность. Подобно сведению музыки, разные позиции могут сделать ген «громче» или «тише», причём более громкие гены активнее участвуют в жизни клетки.

Вопреки ожиданиям, это новое исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что у каждого гена нет идеального фиксированного места в клеточном ядре. Вместо этого гены постоянно находятся в движении. Учёные изучили организацию генов в стволовых клетках мышей и выяснили, что эти клетки непрерывно «перемешивают» свои гены, меняя их позиции по мере прохождения разных стадий развития. Эта работа, которая также вдохновила музыкальную коллаборацию, предполагает, что такое перемещение генов может помогать клеткам тонко настраивать «громкость» каждого гена в соответствии с их потребностями.

Ранее считалось, что расположение генов в клетках относительно фиксировано, и каждый ген имеет своё определённое место. Разные типы клеток могли организовывать гены по-разному, но не предполагалось, что гены активно перемещаются, за исключением моментов деления клетки. Это первое детальное исследование организации генома в отдельных клетках. Результаты предоставляют «моментальные снимки» этой организации, показывая, что каждая клетка располагает гены уникальным образом.

Со-первые авторы, доктор Такаши Нагано (Великобритания) и Янив Люблинг (Израиль), собрали и индивидуально проанализировали информацию более чем из 4000 клеток. Доктор Нагано отметил: «У нас никогда не было доступа к такому уровню информации об организации генов. Возможность сравнивать тысячи отдельных клеток — чрезвычайно мощный инструмент, который добавляет важное измерение к нашему пониманию того, как клетки позиционируют свои гены».

Сбор сотен тысяч фрагментов информации о позициях генов из одной клетки — серьёзная задача, которая стала возможной благодаря технологии, разработанной доктором Нагано и коллегами в 2013 году. Сочетание этой технологии, называемой single-cell Hi-C, со статистическим анализом команды доктора Амоса Таная из Института Вейцмана сделало это детальное исследование реальным. Версия техники Hi-C также недавно показала потенциал для улучшения диагностики рака.

Ведущий автор из Института Бабрахама, профессор Питер Фрейзер, сказал: «Обычно мы видим, что изменения в активности генов сильно влияют на здоровье, болезни и эволюцию. Теперь очевидно, что организация генома может играть в этом свою роль, и наше исследование показывает, что влияние местоположения на гены может быть постоянно движущейся мишенью. Понимание того, как контролируется геном во время этой постоянной перетасовки, — важный шаг к пониманию того, как наши геномы и гены влияют на нашу жизнь».

Команда теперь планирует изучить, действительно ли изменение местоположения генов существенно влияет на их «громкость», а также исследовать разные типы клеток, чтобы понять, перемещают ли они гены меньше после прекращения деления, или все клетки ведут себя подобно стволовым.

Это исследование ранее вдохновило художественную коллаборацию с музыкальным продюсером Максом Купером и визуальным художником Энди Ломасом, которые создали музыкальные треки «Chromos» и «Coils of Living Synthesis». Сопровождающее видео было основано на вычислительных моделях укладки ДНК, созданных автором исследования доктором Чиллой Варнаи.