Naukowcy rejestrują strukturę genomu z niespotykaną dotąd szczegółowością
Naukowcy uzyskali jak dotąd najprecyzyjniejszy wgląd w to, jak DNA fałduje się i funkcjonuje wewnątrz żywych komórek, ujawniając fizyczne struktury kontrolujące moment i sposób aktywacji genów.
Korzystając z nowej techniki zwanej MCC ultra, zespół z udziałem badaczy z Uniwersytetu Cambridge zmapował ludzki genom z rozdzielczością do pojedynczej pary zasad. Pozwoliło to odkryć mechanizmy regulujące geny oraz to, w jaki sposób organizm decyduje, które z nich powinny zostać włączone lub wyłączone w odpowiednim czasie i w odpowiednich komórkach.
Osiągnięcie to otwiera nowe możliwości zrozumienia, w jaki sposób różnice genetyczne prowadzą do chorób, i może wytyczyć nowe kierunki w odkrywaniu leków. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Cell.
– Po raz pierwszy możemy zobaczyć, jak przełączniki sterujące genomem są fizycznie rozmieszczone wewnątrz komórek. To zmienia nasze rozumienie działania genów i mechanizmów, które zawodzą podczas choroby. Teraz możemy analizować, jak zmiany w złożonej strukturze DNA prowadzą do schorzeń, takich jak choroby serca, choroby autoimmunologiczne czy nowotwory – powiedział profesor James Davies z Uniwersytetu Oksfordzkiego.
Choć pełną sekwencję ludzkiego genomu – obejmującą trzy miliardy „liter” DNA – znamy od ponad dwóch dekad, sposób, w jaki ten kod jest fizycznie upakowany i funkcjonuje w komórkach, pozostawał w dużej mierze tajemnicą. Każda komórka zawiera około dwóch metrów DNA skompresowanego do przestrzeni o średnicy zaledwie jednej setnej milimetra. W tym ograniczonym środowisku nić DNA stale wygina się, pętli i kontaktuje z odległymi fragmentami, tworząc struktury 3D kluczowe dla regulacji genów.
Dotychczas badacze mogli obserwować te interakcje jedynie w stosunkowo niskiej rozdzielczości. Technika MCC ultra pozwala zejść do poziomu pojedynczej pary zasad – najmniejszej możliwej jednostki DNA – oferując rzeczywiście molekularny obraz procesów regulacyjnych.
Ten poziom szczegółowości jest przełomowy, ponieważ ponad 90% zmian genetycznych związanych z chorobami nie zachodzi w samych genach, lecz w elementach regulacyjnych, czyli „przełącznikach”. Możliwość zobaczenia ich rozmieszczenia i wzajemnych połączeń stwarza nowe ramy do identyfikowania miejsc, w których kontrola genów zawodzi – i potencjalnych celów terapeutycznych.
Naukowcy z Oksfordu współpracowali z prof. Rosaną Collepardo-Guevarą z Wydziału Genetyki Uniwersytetu Cambridge oraz Katedrą Chemii Yusufa Hamieda. Ich symulacje komputerowe potwierdziły, że obserwowane wzory fałdowania wynikają naturalnie z fizycznych właściwości DNA oraz białek opakowujących materiał genetyczny.
Badacze proponują nowy model regulacji genów: komórki mogą wykorzystywać siły elektromagnetyczne do „wynurzania” sekwencji kontrolnych DNA, które tworzą skupiska przypominające „wyspy” aktywności genowej. Struktury te, wcześniej niewidoczne, wydają się odgrywać kluczową rolę w tym, jak komórki odczytują instrukcje zapisane w genomie.
Odkrycie to stanowi istotny krok naprzód w genetyce molekularnej i tworzy podstawy dla przyszłych badań nad tym, w jaki sposób zmiany w architekturze genomu prowadzą do chorób.
Źródło: Uniwersytet w Cambridge
Czytaj też: Naukowcy w Polsce badają źródła wody. To strażnicy zmian klimatycznych?
Grafika tytułowa: Sangharsh Lohakare / Unsplash
