Одна клетка содержит генетические инструкции для всего организма. Эта геномная информация управляется и обрабатывается сложным механизмом хроматина - смесью ДНК и белка в хромосомах, функция и роль которых в развитии болезней вызывают все больший интерес ученых.
Исследовательская группа Северо-Западного университета, используя разработанное ими математическое моделирование и оптическую визуализацию, обнаружила, как хроматин складывается на уровне одной клетки. Исследователи обнаружили, что хроматин уложен в множество древовидных доменов, расположенных вдоль хроматинового остова. Эти маленькие и большие участки похожи на смешанный лес деревьев, растущих на лесной подстилке. Общая структура представляет собой трехмерный лес в микромасштабе.
Хроматин отвечает за упаковку ДНК в ядро клетки. У людей это примерно шесть футов ДНК в каждой клетке. Новая работа предполагает, что хроматин более структурирован и иерархичен в одиночных клетках, чем считалось ранее. Изучение того, как правильно работает хроматин, поможет ученым понять, что с ним не так при раке и других заболеваниях.
«Объединяя теоретическую и экспериментальную работу, мы создали новую картину сворачивания хроматина, которая помогает нам увидеть, как трехмерный геном организован на уровне одной клетки», - сказал Игаль Шлейфер, профессор Кристины Энрот-Кугелл. Биомедицинская инженерия в Инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета. Вместе с Вадимом Бакманом он возглавлял исследовательскую группу.
Подробности междисциплинарного исследования будут опубликованы 10 января в журнале Science Advances.
«Если гены - это оборудование, то хроматин - это программное обеспечение», - сказал Бэкман, профессор биомедицинской инженерии Уолтера Дилла Скотта и директор Центра физической геномики и инженерии. «Если структура хроматина изменяется, это может изменить обработку информации, хранящейся в геноме, но не изменяет сами гены. Понимание укладки хроматина является ключом к пониманию того, как клетки дифференцируются и как возникает рак».
Достижения в области геномики, обработки изображений и информационных технологий только начинают позволять ученым лучше понимать, как работает хроматин. Северо-западные исследователи использовали микроскоп с частичной волновой спектроскопией (PWS), оптическую визуализацию, разработанную Бэкманом и его коллегами, чтобы заглянуть глубоко в живые клетки и «ощутить» изменения в упаковке хроматина. Они также использовали электронную визуализацию.
«Наша картина свертывания хроматина, меняющая парадигму, является важной недостающей частью целостного взгляда на структуру генома», - сказал Кай Хуанг, первый автор исследования. Хуанг - постдокторант в исследовательской группе Бэкмана. «Результаты должны вдохновить на новые стратегии борьбы с раком».