Раскрытие трёхмерной геномной структуры мужских половых клеток

Геном — это не просто линейная последовательность букв, но и компартментализованная структура хроматина внутри клеточных ядер. Эта трёхмерная геномная структура фундаментальна, поскольку определяет, какие гены включаются и выключаются в каждом типе клеток.

Новое исследование, проведённое учёными из UAB и CNAG-CRG и опубликованное в Cell Reports, раскрывает трёхмерную геномную структуру мужских половых клеток. Исследование, проведённое на мышах, показывает, что эта структура чрезвычайно динамична в процессе формирования зародышевых клеток (клеток-предшественников гамет). Более того, исследование выявило тонкий баланс между ремоделированием хроматина, архитектурными белками, такими как когезины, и экспрессией генов в ходе этого процесса.

Все организмы, размножающиеся половым путём, формируют гаплоидные гаметы (ооциты и сперматозоиды), каждая из которых несёт только одну копию каждой хромосомы, посредством двух последовательных клеточных делений, которым предшествует один раунд репликации генома. Этот процесс известен как мейоз и подразумевает, что геном должен упаковываться и распаковываться точно и строго регулируемым образом.

«Наша работа показывает динамику ремоделирования хроматина во время формирования мужских гамет, сравнивая изменения в сворачивании хроматина и транскрипции генов в разные моменты мужского мейоза», — говорит координатор исследования Аврора Руис-Эррера, исследователь из Департамента клеточной биологии, физиологии и иммунологии Института биотехнологии и биомедицины (IBB) в UAB.

«Таким образом, мы продемонстрировали существование различных степеней сворачивания генома и то, как эти разные уровни организации генома связаны со структурными белками, такими как когезины, и экспрессией генов. Результаты проложат путь для новых исследований молекулярных механизмов, регулирующих эти изменения».

«Это исследование стало возможным только благодаря сочетанию взаимодополняющих методов в биологии, таких как молекулярная генетика, микроскопическая визуализация и компьютерное моделирование. Это действительно междисциплинарный проект», — объясняет Марк А. Марти-Реном, исследователь ICREA и руководитель группы структурной геномики в CNAG-CRG, соавтор исследования.

Проект представляет собой значительный прогресс в изучении механизмов генерации и регуляции 3D-структуры и функции генома во время формирования гамет. Определение этих механизмов фундаментально, поскольку дерегуляция этого процесса может привести к таким заболеваниям, как бесплодие, и хромосомным аномалиям, таким как трисомия 21.

По словам учёных, это исследование также служит примером важности синергии между специалистами из разных областей, таких как молекулярная и клеточная биология, геномика и биоинформатика, для углубления наших знаний о регуляции и структуре генома.