Если распутать и растянуть ДНК из ядра только одной из ваших клеток, она окажется такой же длинной как вы сами. Теперь, применив сложные статистические методы, визуализацию данных и эксперимент, биофизики смогли получить более чёткое представление о том, как весь этот генетический материал умещается в столь небольшом пространстве.
«Эта новая работа действительно демонстрирует поразительную модель человеческого генома с высоким разрешением, — сказал Джоб Деккер (Job Dekker), биолог из Медицинской школы Массачусетского университета (University of Massachusetts Medical School) в Вустере, не принимавший участие в работе. — Это в самом деле прекрасно».
За последнее десятилетие исследователи поняли, что то, как наша ДНК связана в одно целое внутри ядра, является чудом упаковки. Все её хитроумные петли и изгибы, соединяющие определённые части каждой хромосомы, помогают контролировать активность конкретных генов. «Клетки эволюционировали, чтобы использовать эту, казалось бы, хаотическую организацию для эффективного хранения генетической информации и применять её для реализации своих функций», — пояснил Марко Ди Стефано (Marco Di Stefano), биофизик из Национального центра геномного анализа (катал. Centro Nacional de Análisis Genómico) в Барселоне, Испания.
В новом исследовании он и его коллеги использовали статистические подходы для преобразования экспериментальных данных в 3D-модель. Предыдущие эксперименты, в ходе которых удалось зафиксировать, когда один фрагмент ДНК приближается к другому, предоставили лишь косвенную информацию об отдельных соединениях, но новое моделирование дало полное биологически корректное описание того, как наша ДНК помещается в ядро клетки. На видео каждая хромосома окрашена в собственный цвет. В модель включены визуализированные данные с экспериментальными результатами о связях ДНК. Анализ позволил увидеть детали, которые трудно было заметить непосредственно из экспериментальных данных, например, то, что активные гены находятся вблизи центра ядра, а неактивные располагаются ближе к границам, сообщили исследователи в этом месяце в журнале Scientific Reports.
Модель «обобщает большую часть знаний об организации ДНК в ядре, которыми мы обладаем», — пояснил Ди Стефано, выполнивший работу, будучи аспирантом в Международной школе повышения квалификации (итал. Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) в Триесте, Италия. Он надеется в следующий раз построить модель, способную меняться с течением времени, поскольку «применяя наш подход, можно изучать динамику генома» — то как клетки приспосабливаются к новым условиям, изменяя трёхмерную структуру ДНК, чтобы включать и выключать различные гены. Но уже сейчас эта модель даёт исследователям лучшее представление о том, как организованы хромосомы, а также полезную информацию как для фундаментальных, так и биомедицинских исследований, подытожил Деккер.
