Forskere bruger kryo-elektronmikroskopi til at lære, hvordan DNA vikler sig tæt omkring nukleosomer

Forskere har brugt avancerede billeddannelsesteknikker til at tyde den indviklede mekanisme, hvorved DNA vikler sig tæt om nukleosomer, de organiserende enheder af genetisk materiale inde i cellekerner. Denne opdagelse kaster lys over et grundlæggende aspekt af genregulering og kan føre til nye terapeutiske strategier for sygdomme relateret til DNA-pakningsforstyrrelser.

Proteiner kaldet histoner fungerer som spoler, omkring hvilke DNA snor sig og danner nukleosomer. Processen med DNA-indpakning er afgørende for kompakt emballering af den enorme mængde genetisk information inden for det begrænsede rum af cellekerner. Forstyrrelser af denne emballage kan føre til defekter i genekspression og forskellige sygdomme.

Ved hjælp af en banebrydende teknik kendt som kryo-elektronmikroskopi har forskere nu opnået detaljerede tredimensionelle billeder af nukleosomer. Ved at manipulere DNA-sekvenser og histonmodifikationer identificerede de nøglefunktioner, der styrer DNA-indpakning. Deres resultater er rapporteret i tidsskriftet Nature Communications.

"Vi afslørede vigtige interaktioner, der regulerer, hvor tæt DNA snor sig omkring nukleosomer. Denne forbedrede forståelse kan føre til nye strategier til at kontrollere DNA-pakning og potentielt korrigere genekspressionsabnormiteter forbundet med sygdomme som cancer og udviklingsforstyrrelser," siger Dr. Hiroshi Kimura, der er postdoc. forsker ved RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research og hovedforfatter af undersøgelsen.

Forskerholdet brugte en type kryo-elektronmikroskopi kaldet kryo-elektron tomografi, som muliggør rekonstruktion af tredimensionelle strukturer fra frosne prøver. Dette gjorde det muligt for dem at observere nukleosomer i en næsten naturlig tilstand i intakte celler.

Deres analyse afslørede, at linker-DNA'et, der forbinder nabonukleosomer, påvirker DNA-indpakning. De fandt ud af, at lange linker-DNA'er fremmer tættere DNA-indpakning, mens korte linker-DNA'er resulterer i løsere vikling.

"Vores resultater fremhæver vigtigheden af ​​at overveje linker DNA-længde for at forstå nukleosomstruktur og funktion," sagde Dr. Kimura.

Forskerne opdagede også, at visse histonmodifikationer, især methylering af histon H3, påvirker DNA-indpakning. Denne modifikation, som ofte er forbundet med gendæmpning, løsner DNA-viklingen.

"Disse resultater giver ny indsigt i, hvordan histonmodifikationer regulerer nukleosomdynamik og kromatinstruktur," siger Dr. Hiroaki Shinkai, seniorforsker ved RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research og seniorforfatter af undersøgelsen.

Holdet håber, at deres resultater vil bidrage til en dybere forståelse af genregulering og bane vejen for udvikling af terapeutiske interventioner rettet mod DNA-pakningslidelser.