Ученые выяснили, как транскрипция управляет движением генома
Исследователи обнаружили неожиданные связи между активностью генов, упаковкой генома и его движением, что раскрывает аспекты организации генома, напрямую влияющие на регуляцию и экспрессию генов.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, углубляют понимание механики транскрипционно-зависимых движений отдельных генов. Дисфункция этих процессов может приводить к неврологическим и сердечно-сосудистым заболеваниям, а также к раку.
«Геном "перемешивается" транскрипционно-зависимыми движениями отдельных генов», — объясняет Александра Зидовска, профессор физики Нью-Йоркского университета и старший автор исследования.
Человеческий геном состоит из двух метров ДНК, упакованных в ядро клетки диаметром всего 10 микрометров. Когда ген активен (транскрибируется), молекулярная машинерия, включая РНК-полимеразу II, прикладывает силы к ДНК.
Ранее было известно, что геном подвергается значительному «перемешиванию», но происхождение этих движений оставалось малоизученным. В новой работе ученые сосредоточились на том, как движение одного активного гена влияет на движение окружающего генома в живых человеческих клетках.
Методы исследования:
- Использование технологии CRISPR для флуоресцентной метки отдельных генов.
- Двухцветная микроскопия живых клеток высокого разрешения для визуализации движения помеченных генов.
- Спектроскопия корреляции смещений (DCS) для одновременного картирования потоков генома по всему ядру.
Ключевые результаты:
- Активные гены вносят вклад в перемешивающее движение генома.
- Степень компактизации (уплотнения) генома влияет на то, как ген участвует в движении.
- В регионах с низкой компактизацией один активный ген управляет движением генома.
- В регионах с высокой компактизацией движение гена определяется движением всего плотно упакованного генома, независимо от состояния активности самого гена.
«Раскрывая эти неожиданные связи, результаты показывают аспекты пространственно-временной организации генома, которые напрямую влияют на регуляцию и экспрессию генов», — отмечает Зидовска.
Исследование также вносит вклад в понимание физики активных живых систем, демонстрируя их emergent-поведение.