Ученые ответили на вековой вопрос о 3D-структуре митотических хромосом
Исследователи из Медицинской школы Университета Массачусетса (UMMS) и Массачусетского технологического института (MIT), используя методы 3D-моделирования, компьютерное моделирование и технологии секвенирования нового поколения, разрешили давние споры о структуре хромосом во время деления клетки.
В статье, опубликованной в онлайн-издании Science, профессор UMMS Джоб Деккер и его коллеги представили новые доказательства общего принципа организации конденсированных митотических хромосом, который является высокоадаптивным и общим для всех клеток.
Конфликтующие теории
Существовали две основные конкурирующие модели:
- Иерархическая модель: длинные молекулы ДНК последовательно свернуты в более толстые волокна.
- Модель петель: ДНК образует серию петель, прикрепленных к линейной осевой структуре (хромосомной оси).
Различные экспериментальные данные поддерживали обе модели.
Новый подход и открытие
Ученые использовали технологии capture конформации хромосом (3C, 5C и Hi-C), разработанные в лаборатории Деккера, чтобы картировать точки контакта вдоль митотической хромосомы. Затем, с помощью сложных компьютерных симуляций полимерных моделей ДНК, они проверили обе теории.
Данные оказались несовместимы с классической иерархической моделью. Вместо этого было показано, что упаковка хромосом в метафазе происходит в две фазы:
- Формирование петель хроматина размером 80 000–120 000 пар оснований ДНК, которые радиально расходятся от оси, линейно уплотняя хромосому.
- Осевое сжатие хромосомы, подобное сжатию пружины, что приводит к образованию плотного пакета.
Значение открытия
- Процесс является стохастическим (случайным) на локальном уровне — петли образуются случайным образом вдоль хромосом. Однако глобально это обеспечивает высокую стабильность и надежность, необходимые для успешного деления клетки.
- Уникальная организация хроматина, характерная для каждого типа клеток (кровь, кожа, печень), разбирается при начале деления. Формируется универсальная митотическая хромосома, общая для всех типов клеток.
- Это понимание открывает путь к изучению эпигенетического наследования и механизмов заболеваний, связанных с хромосомными нарушениями, таких как рак или синдром Дауна.
Следующие шаги
Ученые планируют выяснить, что именно направляет процесс разборки и повторной сборки хромосомы после деления клетки согласно ее типу.