Каждый геном является чудом упаковки. Так или иначе клетка человека переполняет два метра ДНК в ее крошечное ядро, и все же эта запутанная путаница может выполнить сложную задачу создания и поддержки наши органы. Теперь, самый подробный взгляд все же этот геномный беспорядок показывает петли ДНК, объединяющие отдаленные части хромосом, позволяя им действовать на концерте. Работа могла помочь исследователям придавить генетические причины болезней, и помощь разъясняют, как геном функционирует.
“Это проливает свет в темной комнате”, говорят Wouter de Laat, молекулярный биолог в Институте Hubrecht в Утрехте, Нидерланды. “Это рассматривает вещи в истинном свете”.Гены и остальная часть ДНК каждой хромосомы натянуты как бусинки на ожерелье. Для включения — или прочь — ген должен соединиться с надлежащей регулирующей ДНК, управляющей ее деятельностью, которая может быть вполне далеко на том ожерелье или даже на другом ожерелье.
Таким образом в течение многих десятилетий, молекулярные биологи подозревали, что способ, которым ДНК складывается в ядре, является ключевым для создания этих связей в нужное время и в правильном месте.Но только недавно выясните их, биохимические уловки должны были поймать ДНК в ее свернутом государстве. Их первые методы позволили им посмотреть на положение единственной части ДНК, такой как ген.
В 2009 Эрез Либерман Эйден, биолог теперь в Медицинском колледже Бэйлора (млрд кубометров) в Хьюстоне, Техас и его коллегах придумал метод, который они назвали ИКОТОЙ для рассмотрения всех связей сразу. Они не могли видеть много детали — только вниз к миллиону основных резолюций, много раз больше, чем размер гена — и просто различили это ДНК, отдельная в два «отделения», один с активной ДНК и той, где гены имели тенденцию быть выключенными. Но исследователи могли использовать этот метод только на ДНК, которую они удалили из ядра, приведшего к неточным результатам.Теперь, путем выяснения, как сделать, ИКОТА на неповрежденных ядрах, Сухасе Рао млрд кубометров и Мириам Хантли бурила землю глубже для получения еще многих деталей.
Они могут обнаружить особенности всего 1 000 основ — меньший, чем типичный ген — и придумали 3D карты ДНК для восьми линий клеток человека, включая рак и основные ткани, и для одной линии раковых клеток мыши. Для одной человеческой лимфатической линии раковых клеток, например, они обнаружили 4,9 миллиарда контактов между парами частей ДНК; для других типов клетки число контактов колебалось от 395 миллионов до 1,1 миллиардов. Чем больше контактов между двумя определенными частями ДНК, тем ближе вместе те части находятся в 3D космосе.Работая со сложными компьютерными программами, исследователи сделали эти карты на основе контактов.
Они подготовили, сколько раз вступила в контакт пара частей ДНК, и от тех данных определил, где каждая часть ДНК была относительно всей остальной части ДНК.Геном устроен приблизительно в 10 000 петель, Рао, Хантли, Эйдена, и их коллеги сообщают онлайн сегодня в Клетке.
Петля формируется, когда две отделенных части ДНК входят в тесный контакт с петлей, являющейся промежуточной ДНК. В каждом типе клетки различные части ДНК соприкасаются, следовательно изменяя петли.
Эти различия в структуре могут настроить различные образцы активности гена, определяющие каждый тип клетки, объясняет Эйден. В клетках, прибывающих от дарителей женского пола, исследователи также заметили гигантские петли в одной из этих X хромосом — что петля, вероятно, заставляет ту секунду замолчать X хромосом, как необходимо для надлежащего функционирования все еще активный гены X хромосом.Группа сравнила карты мыши и человеческих раковых клеток. Карты были очень похожи с большинством тех же петель, указав, что 3D меры, определяющие определенный тип клетки, не изменились очень во время развития, сообщают исследователи.
“Это открывает новый способ посмотреть на биологию”, говорит Виши Ийер, молекулярный биолог в университете Техаса, Остина. В некотором смысле эти карты являются недостающим мостом между сотовыми представлениями — сделанный возможным путем просмотра микроскопа — и молекулярными представлениями — сделанный возможным путем упорядочивания — генома, говорит Ийер.Лаборатория Эйдена настроила веб-сайт, работающий немного как Google Earth. Исследователи могут определить местонахождение своего любимого гена и бурить землю от отделения до петли к ДНК, которой это касается.
“Это – красивый, бесконечный ресурс, чтобы сделать еще много исследований”, говорит Де Ла. Бесчисленные исследования геномов людей с условиями в пределах от диабета к шизофрении идентифицировали части генома, увеличивающие риск получения тех болезней. Часто те секции не являются частями никакого гена, но могут помочь отрегулировать деятельность гена. Придавливание отрегулированного гена было настоящей проблемой.
Теперь, генетики могут проверить, находятся ли биты, которые они идентифицировали, в контакте с потенциально соответствующим геном. “Это значительно упростит прибивание генов, лежащих в основе болезней”, говорит Де Ла.