Team opdager forholdet mellem DNA-replikationstidspunkt og hvordan gener foldes ind i 3D-strukturer inde i cellekernen

Et team af forskere ved University of California, San Francisco (UCSF) har opdaget et nyt forhold mellem tidspunktet for DNA-replikation og hvordan gener foldes ind i 3D-strukturer inde i cellekernen. Dette fund kan have vigtige konsekvenser for forståelsen af, hvordan genomet er organiseret og reguleret, og for at udvikle nye behandlinger for sygdomme forårsaget af DNA-skader.

Undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Nature Genetics, fandt ud af, at gener, der replikeres tidligt i cellecyklussen, er mere tilbøjelige til at danne kompakte, foldede strukturer, mens gener, der replikeres sent, er mere tilbøjelige til at danne åbne, udvidede strukturer. Denne forskel i foldning ser ud til at være relateret til aktiviteten af ​​et protein kaldet CTCF, som vides at spille en rolle i at organisere genomet i sløjfer.

"Vores resultater tyder på, at tidspunktet for DNA-replikation kan være en vigtig faktor til at bestemme, hvordan gener foldes og reguleres i kernen," sagde studieleder Davide Levens, PhD, professor i biokemi og biofysik ved UCSF. "Dette kan have vigtige konsekvenser for forståelsen af, hvordan genomet er organiseret og reguleret, og for at udvikle nye behandlinger for sygdomme forårsaget af DNA-skader."

Forskerne gjorde deres opdagelse ved hjælp af en ny teknik kaldet Hi-C, som gør det muligt for forskere at måle den fysiske interaktion mellem forskellige regioner af genomet. Ved hjælp af Hi-C var de i stand til at vise, at gener, der replikeres tidligt i cellecyklussen, er mere tilbøjelige til at interagere med hinanden og danne kompakte, foldede strukturer, mens gener, der replikeres sent, er mere tilbøjelige til at interagere med andre gener, der er placeret længere væk og danner åbne, udvidede strukturer.

Denne forskel i foldning ser ud til at være relateret til aktiviteten af ​​CTCF, som er et protein, der hjælper med at organisere genomet i sløjfer. CTCF-bindingssteder er mere almindelige i gener, der replikeres tidligt i cellecyklussen, og CTCF-binding ser ud til at være nødvendig for dannelsen af ​​kompakte, foldede genstrukturer.

"Vores resultater tyder på, at CTCF kan spille en vigtig rolle i at organisere genomet i sløjfer og regulere genekspression," sagde Levens. "Dette kan have vigtige konsekvenser for forståelsen af, hvordan genomet reguleres, og for at udvikle nye behandlinger for sygdomme forårsaget af DNA-skader."

Forskerne mener, at deres resultater kan have vigtige konsekvenser for forståelsen af ​​en række sygdomme, herunder kræft og neurodegenerative lidelser. I kræft, for eksempel, er DNA-replikation ofte forstyrret, hvilket kan føre til ændringer i genfoldning og genekspression, der bidrager til udviklingen af ​​kræft.

"Vores resultater tyder på, at tidspunktet for DNA-replikation kan være en vigtig faktor i udviklingen af ​​kræft og andre sygdomme," sagde Levens. "Vi håber, at vores forskning vil føre til ny indsigt i årsagerne til disse sygdomme og udvikling af nye behandlinger."