Международная группа ученых получила трехмерную модель генома мыши. Данные, на которых она основана, получены от одиночных клеток, а не от целого образца ткани. Работа опубликована в журнале Nature.

Известно, что в развернутом состоянии ДНК имеет достаточно большую длину, и уместить весь геном в ядро клетки в таком виде было бы весьма затруднительно. Поэтому ДНК плотно упакована, но при этом активно «работающие» участки генома поддерживаются в раскрытом состоянии.

«Знание того, как расположены гены и регуляторные элементы в заданный момент времени, поможет понять молекулярные механизмы контроля и поддержания их экспрессии» — говорит Эрнест Лауэ, главный автор исследования.

Чтобы увидеть укладку ДНК с высоким разрешением, исследователи из Кембриджского Университета и Института Стволовых Клеток Wellcome Trust—MRC использовали одновременно два подхода. Они взяли восемь эмбриональных стволовых клеток мыши и сначала получили микрофотографии их ядер со сверхвысоким разрешением. Затем к этим же клеткам применяли метод Hi-C, позволяющий установить, какие участки генома контактируют между собой.

Методика начинается с обработки клеток формальдегидом, который сшивает вместе белки и ДНК, находившиеся рядом в пространстве. Затем в образцы добавляют ферменты, которые разрезают ДНК на маленькие кусочки. При этом фрагменты ДНК, которые взаимодействовали с одной и той же молекулой белка или белковым комплексом, остаются связанными. Прочитав последовательности этих фрагментов, ученые определяют, какие участки генома были сближены в пространстве.

Наложение пяти моделей структуры генома одной из исследуемой клеток. T.J. Stevens et al. / Nature, 2017

Для восьми клеток, которые исследовались индивидуально, авторы работы получили от 37 до 122 тысяч контактов ДНК. Это cоставляет всего 1,2–4,1 процента всех возможных контактов, однако в сочетании с микрофотографиями дает достаточно информации для получения 3D-модели.

Авторы сравнили структуры геномов разных клеток между собой. Оказалось, что расположение топологически ассоциированных доменов (областей генома, где наблюдается много контактов) и свободных петель значительно варьируют. Однако деление на А и В компартменты (А взаимодействуют в основном с А, В — с В), расположение доменов, связанных с оболочкой ядра, и организация активных регуляторных элементов в разных клетках согласованы. 

Авторы предполагают, что именно согласующиеся характеристики главным образом влияют на структуру каждой хромосомы. Тем не менее, это не единственные факторы, которые ее определяют. В прошлом году группа американских ученых установила, как на изменение трехмерной структуры хроматина влияют эпигенетические метки.

Автор: Анна Образцова