Den nanoskopiske struktur, der låser vores gener

I årtier, forskere kunne kun spekulere om heterochromatins form, en type kromatin, der består af tæt pakket DNA og proteiner. For nylig, imidlertid, forskere fra Okinawa Institute of Science and Technology, Graduate University (OIST) og Waseda University har været i stand til at definere dets struktur takket være nye, høj kontrast billeddannelse i kryo-elektronmikroskopi. Deres arbejde vises i januar i tidsskriftet Molekylær celle .

Den nye forskning viser, at selvom den er tæt pakket, heterochromatin er måske mindre tæt end tidligere antaget. Heterochromatinet består af nukleosomer-rulleformede bundter af DNA og protein-og er forbundet med en velcrolignende funktion kaldet "Heterochromatin Protein 1 (HP1)." Denne grundlæggende funktion gør det muligt for kroppen at "låse" gener, så de ikke kan transkriberes.

"Livet, som vi kender det, er baseret på disse principper, "sagde Matthias Wolf, en af ​​de førende forfattere af papiret og leder af Molecular Cryo-Electron Microscopy Unit ved Okinawa Institute of Science and Technology, Graduate University (OIST).

"Dette arbejde er et eksempel på et meget frugtbart samarbejde, som ikke ville have været mulig for nogen af ​​forskergrupperne alene, "sagde Hitoshi Kurumizaka, den førende forfatter til undersøgelsen ved Waseda University. Der, sammen med Shinichi Machida, en assisterende professor ved Waseda og co-første forfatter på papiret, forskere rensede med succes heterochromatin in vitro. Forskere ved OIST afbildede disse prøver i glaslignende amorf is, som indeholder hundredvis af stykker heterochromatin, under et kryo-elektronmikroskop.

Ved hjælp af en computeralgoritme til at klassificere individuelle partikler efter type, forskerne skærer de partikler ud, der vender i samme retning. Derefter, de stablede disse digitale udskæringer oven på hinanden, ved at kombinere hundredvis af billeder for at skabe et klarere billede. Wolf demonstrerede konceptet ved at lægge sine hænder oven på hinanden.

"Hvis alt passer perfekt, justeres tommelfingrene og alle fingrene, " han sagde, "og du får en højere opløsning."

Baseret på disse billeder, Wolf og hans kolleger skabte tredimensionelle rekonstruktioner af heterochromatin. På grund af strukturens fleksibilitet, det var svært at få en præcis idé om dens form, sagde Yoshimasa Takizawa, gruppeleder for enheden og co-førsteforfatter på papiret. Takizawa indsamlede hundredtusinder af billeder af individuelle partikler for at opnå bedre opløsning.

"Vi var overraskede over, hvordan det så ud, "sagde han om heterochromatins form, "men dette kan være i overensstemmelse med andre funktioner, ligesom bindingen af ​​andre proteiner til udsat DNA. "

I fremtiden, forskerne håber at bruge deres viden til at forstå strukturer i højere orden, som hele strenge af nukleosomer.