Большинство клеток человеческого тела содержат примерно два метра ДНК. Этот длинный участок ДНК разделен на 46 больших частей – хромосом, которые занимают дискретные области ядра клетки, известные как хромосомные территории.
То, как отдельные части генома пространственно расположены в ядре, сильно влияет на то, как они читаются транскрипционным аппаратом клетки.
Однако пространственное расположение отдельных генов в трехмерном (3D) пространстве ядра остается в значительной степени неизученным.
Теперь группа исследователей во главе с доктором. Магда Биенко из Лаборатории науки для жизни (SciLifeLab) и Департамента медицинской биохимии и биофизики Каролинского института разработала новый геномный метод, названный «Позиционирование геномных локусов путем секвенирования» или GPSeq, который можно использовать для получения карт с высоким разрешением того, как ДНК пространственно организован в ядре клетки.
Метод работает путем постепенного разрезания ДНК от периферии ядра к центру с последующим считыванием последовательности ДНК вокруг каждого разреза.
Затем с помощью математического моделирования можно реконструировать трехмерную структуру генома и найти, где отдельные гены и области между генами расположены вдоль радиуса ядра, а также по отношению друг к другу.
«Мы обнаружили, что пространственное распределение различных типов хроматина (состоящего из ДНК, РНК и белковых комплексов) часто отличалось от того, что мы ожидали найти», – говорит д-р.
Биенко, один из главных авторов статьи. «К нашему удивлению, мы обнаружили, что картина не так проста, как если бы весь неактивный хроматин находился на периферии ядра, а активный хроматин скопился в центре. Вместо этого существует континуум, градиент возрастающей активности от периферии ядра к внутренней части, хотя неактивный хроматин также может быть обнаружен в самом центре ядра."
«Важным аспектом знания того, где в ядре расположены различные области генома, является то, что теперь можно составить карту, где наиболее вероятно возникновение повреждений ДНК и мутаций», – объясняет доктор.
Никола Крозетто, старший научный сотрудник того же отдела Каролинского института и другой старший автор статьи.
«Мы обнаружили, что мутации ДНК, которые часто встречаются при различных типах рака, обогащены неактивным хроматином, расположенным на периферии ядра, что может быть связано с тем фактом, что многие мутагены происходят извне клетки», – говорит он. «С другой стороны, разрывы ДНК и слияния генов гораздо чаще обнаруживаются в ядерном центре, что может быть связано с высокими уровнями транскрипции, которые мы находим в центре."