Undersøgelse beskriver, hvordan genomets tredimensionelle arkitektur ændres under cellecyklussen

Forskere ved The Wistar Institute har afdækket nye aspekter af genomets tredimensionelle organisation, specifikt hvordan det genetiske materiale komprimeres og dekomprimeres rettidigt i de forskellige faser af cellecyklussen. Denne undersøgelse blev offentliggjort i Natur Strukturel &Molekylær Biologi .

"Vi er lige begyndt at forstå, at den måde, hvorpå vores genom er rumligt organiseret i vores celler, har en dybtgående indvirkning på dets funktion, "sagde hovedforfatter til undersøgelsen Ken-ichi Noma, Ph.d., lektor i genekspression og reguleringsprogrammet på Wistar. "At dechifrere den tredimensionelle struktur af kromatin er afgørende for at forstå nøglefunktioner som transkription, DNA -replikation og reparation. "

Den genetiske information indeholdt i hver af vores celler er kodet af flere fod værd af DNA -molekyler. En sådan enorm mængde genetisk materiale pakkes ind i et mikroskopisk rum ved at folde det i et meget organiseret kompleks af DNA og proteiner kaldet kromatin. Selvom det allerede er betydeligt komprimeret, kromatin skal kondenseres yderligere ved indtræden i mitose, processen, der deler hver celle i to identiske celler, for troværdigt at adskille det genetiske materiale. Ligesom vi pakker husholdnings ejendele ned i mindre kasser, når vi flytter ind i et nyt hus, det er lettere at flytte og dele DNA'et i form af komprimerede kromosomer. Denne proces har været kendt i flere årtier, alligevel er de underliggende molekylære mekanismer, der styrer kromatinkondensation og de-kondensation, stadig dårligt defineret.

Noma -laboratoriet har grundigt undersøgt mekanismerne for genomorganisation ved hjælp af fissionsgær som modelorganisme, fordi det deler nogle vigtige funktioner med menneskelige celler, mens det har et meget mindre genom.

Noma og kolleger har tidligere beskrevet, hvordan to proteinkomplekser kaldet kondensin og cohesin formidler dannelsen af ​​funktionelle genomorganiserende strukturer kaldet topologiske domæner ved at etablere kontakter, der bringer fjerntliggende DNA-regioner tættere på hinanden. Specifikt, cohesin formidler lokale kontakter, dannelse af små topologiske kromatindomæner, der henviser til, at kondensin driver kontakter med længere rækkevidde, organisering af større domæner.

I den nye undersøgelse, laboratoriet anvendte lignende genomisk metode til at dissekere kondens og de-kondensering af kromatin i topologiske domæner over tid, efter dannelsen og forfaldet af chromatinkontakter gennem de forskellige faser af cellecyklussen. De opdagede, at de større domæner medieret af kondensin dannes under mitose, hvorimod de mindre, lokale domæner medieret af cohesin forbliver stabile i hele cyklussen.

"I modsætning til hvad man generelt antog inden for området, vi finder ud af, at kondens og de-kondensation af kromatindomænerne sker meget gradvist, og cellerne svinger jævnt mellem mere og mindre kondenserede kromatintilstande, "sagde første forfatter til undersøgelsen Hideki Tanizawa, Ph.d., en associeret medarbejder i Noma -laboratoriet.

Ændringer af genomets tredimensionelle strukturer er knyttet til genetiske sygdomme og kræft, præsenterer et stærkt eksempel på, hvordan grundlæggende cellulære processer er relevante for sygdom. "Feltet er stadig i en tidlig opdagelsesfase, men vores undersøgelse tilføjer ny indsigt i en grundlæggende biologisk proces, der kan hjælpe udviklingen af ​​nye terapeutiske strategier i fremtiden, "tilføjede Noma.