Сверхразрешающая микроскопия выявила связи между хромосомами
Ученые из Института медицинских исследований Стоуэрс с помощью сверхразрешающей микроскопии однозначно идентифицировали физические связи между человеческими хромосомами. Это проливает свет на любопытное наблюдение, впервые сделанное более 50 лет назад.
Исследователи изучили эти физические связи между пятью хромосомами человеческого кариотипа. Отчет опубликован в Journal of Cell Biology.
Открытие связей
Используя микроскопию структурного освещения (SIM) с нанометровым разрешением и анализ секвенирования ДНК, ученые с удивлением обнаружили устойчивые связи между пятью из 23 человеческих хромосом во многих типах клеток. Ранее были известны только контакты между сестринскими копиями хромосом, но не между гетерологичными (разными) хромосомами.
Исторический контекст
Одно из ранних наблюдений межхромосомных связей было опубликовано в журнале Lancet в 1961 году генетиком Малкольмом А. Фергюсоном-Смитом. При низком разрешении микроскопов того времени связи едва были видны, и он описал их как хромосомы, соединенные короткими плечами, подобно «акробатам, держащимся за руки».
Природа связей
Исследователи установили, что пять хромосом связаны друг с другом через общую последовательность — рибосомную ДНК (рДНК). Эта последовательность, кодирующая рРНК, необходима для сборки рибосом. Она расположена около концов пяти разных хромосом и может выступать в роли «рук», соединяющих хромосомы.
Связи на основе рДНК были обнаружены во многих типах человеческих клеток, как здоровых, так и пораженных болезнью, что указывает на их непатологическую природу.
Механизм образования
Ученые предполагают, что структурной основой связей являются топологические сцепления (катенации). Это может происходить из-за сочетания двух факторов:
- Интенсивной транскрипционной активности в ядрышке — месте сборки рибосом.
- Близкого расположения нитей рДНК от разных хромосом в тесном пространстве ядрышка.
Фермент топоизомераза II, устраняющий суперспирализацию ДНК при активной транскрипции, может запутывать нити рДНК от двух разных хромосом, создавая связи. Этот же фермент обеспечивает и разрыв связей при делении хромосом.
Регуляция связей
Факторы, способствующие транскрипции рДНК, увеличивают количество связей. К ним относятся:
- Ген c-Myc — глобальный регулятор биогенеза рибосом.
- Фактор транскрипции UBF, который покрывает связи рДНК.
Медицинское значение
Результаты могут дать ключ к пониманию происхождения робертсоновских транслокаций — наиболее распространенной хромосомной аномалии у человека. Это слияния двух хромосом, содержащих рДНК. Близость, обеспечиваемая связями, может повышать вероятность их слияния при разрыве ДНК. Робертсоновские транслокации могут приводить к бесплодию и трисомиям, таким как синдром Дауна.
Дальнейшие исследования
Лаборатория Дж. Гертон продолжает изучать, могут ли другие области генома участвовать в межхромосомных связях. «Результаты этих исследований раскрыли новый тип взаимодействия хромосом. Теперь мы хотим знать, могут ли области помимо рДНК участвовать в подобных взаимодействиях, используя аналогичные механизмы», — говорит Дженнифер Гертон.