Naukowcy opracowują nową technikę badania przestrzennej architektury genomu

Ludzie, którzy posiadali czarno-białe telewizory do lat 80., nie wiedzieli, co tracą, dopóki nie kupili kolorowego telewizora. Podobna zmiana może mieć miejsce w świecie genomów, gdzie naukowcy z berlińskiego Instytutu Biologii Systemów Medycznych Centrum Maxa Delbrücka (MDC-BIMSB) opracowali technikę zwaną mapowaniem architektury genomu („GAM”), genom i zobaczyć go w cudownym technicolorze. GAM ujawnia informacje o przestrzennej architekturze genomu niewidoczne dla naukowców, używając tylko Hi-C, narzędzia roboczego opracowanego w 2009 roku do badania interakcji DNA, oraz nowych raportów z badań w naturalne sposoby przez Bombo Lab.

Na czarno-białym telewizorze widać odcienie, ale wszystko wygląda na szare. Ale jeśli masz kolorowy telewizor i spojrzysz na kwiaty, zdasz sobie sprawę, że są one czerwone, żółte i białe, a my nie jesteśmy ich świadomi. Podobnie istnieją informacje o sposobie składania genomu w trzech wymiarach, których nie byliśmy świadomi”.

Profesor Anna Pompeo, biolog molekularny i kierownik Pracowni Regulacji Genetycznej i Architektury Chromatyny

Zrozumienie organizacji DNA może ujawnić podstawy zdrowia i choroby. Nasze komórki pakują dwumetrowy genom w rdzeń o średnicy około 10 mikrometrów. Pakowanie odbywa się tak precyzyjnie, że regulacyjne DNA dotyka właściwych genów we właściwym czasie i włącza je i wyłącza. Zmiany w konfiguracji 3D mogą zakłócić ten proces i spowodować chorobę.

„My„Od dawna wiemy, że choroby występują w rodzinach” – mówi dr Robert Bigree, współautor badania i biolog molekularny na Uniwersytecie Oksfordzkim, wcześniej z laboratorium Pompeo. A ostatnio myZrozumieliśmy, że duża część tej predyspozycji wynika z tego, że odziedziczyliśmy warianty sekwencji DNA po naszych rodzicach, które wpływają na to, jak włączają się i wyłączają nasze geny”.

GAM dostarcza bardziej złożonych informacji

Technologie takie jak Hi-C i GAM pozwalają naukowcom zamrażać i badać interakcje między sekwencjami regulatorowymi a genami. W Hi-C chromatyna jest cięta na kawałki za pomocą enzymów, a następnie sklejana z powrotem w sposób, który ujawnia dwukierunkowe interakcje DNA podczas sekwencjonowania. W GAM, który zespół Pombo po raz pierwszy opisał w „Nature” w 2017 roku, naukowcy pobrali setki cienkich skrawków jąder, każdy z poszczególnych komórek, i wyekstrahowali z nich DNA. Sekwencjonują DNA i analizują dane statystycznie, aby zobaczyć, które regiony wchodzą w interakcje.

Korzystając z tej techniki, zespół stworzył mapę interakcji 3D. Porównując to z istniejącymi trójwymiarowymi mapami genomu wygenerowanymi za pomocą Hi-C, odkryli kilka nowych interakcji. To ich zaskoczyło, dopóki nie zdali sobie sprawy, że widzą bardziej złożone interakcje z GAM, w których wiele regionów DNA łączy się w tym samym czasie. „Te bardziej złożone połączenia zawierają aktywne geny, regiony regulacyjne i superwzmacniacze, które regulują ważne geny określające tożsamość komórki” – mówi dr Christophe Thiem, współautor badania i doktor habilitowany w laboratorium Pompeo.

W przeciwieństwie do tego, Hi-C uchwycił głównie interakcje dwukierunkowe. Obie metody uzupełniają się, ponieważ dwa z trzech kontaktów wykrytych przez GAM nie były widoczne w przypadku Hi-C-; nawzajem.

„Byłem bardzo podekscytowany, widząc, że wykryliśmy naprawdę potężny efekt” – mówi Bigree. „Oczywiste jest, że te złożone interakcje były bardziej powszechne niż wcześniej oczekiwaliśmy”.