Fysikere modellerer kromosomfoldning, afslører hvordan sløjfer påvirker den rumlige organisering af genomet

Et hold fysikere fra University of Michigan og University of California, San Diego har udviklet en model, der beskriver, hvordan kromosomer foldes sammen til en kompakt struktur inde i en celles kerne. Modellen afslører, hvordan sløjfer af DNA dannes og interagerer med hinanden for at skabe den tredimensionelle organisation af genomet.

Kromosomer er lange, tynde DNA-strenge, der bærer den genetiske information om en organisme. For at passe ind i cellekernen skal kromosomerne foldes til en kompakt struktur. Måden kromosomer foldes på er vigtig for regulering af genekspression og andre cellulære processer.

Tidligere undersøgelser har vist, at kromosomerne er organiseret i en række løkker, som holdes sammen af ​​proteiner kaldet cohesiner. Den nye model udviklet af fysikerne giver en detaljeret forståelse af, hvordan disse sløjfer dannes og interagerer med hinanden.

Modellen viser, at dannelsen af ​​loops er drevet af de termodynamiske egenskaber af DNA. DNA er en fleksibel polymer, der kan antage en række forskellige konformationer. Den mest stabile konformation er den, der minimerer systemets frie energi.

I tilfælde af DNA er den laveste energikonformation en loop. Dette skyldes, at dannelsen af ​​en løkke tillader DNA'et at interagere med sig selv og danne brintbindinger, som stabiliserer strukturen.

Modellen viser også, at interaktionerne mellem loops er vigtige for at bestemme den overordnede organisation af genomet. Sløjferne kan interagere med hinanden på en række forskellige måder, såsom ved at danne broer eller ved at stable oven på hinanden. Disse interaktioner skaber et komplekst netværk af kontakter, der bestemmer genomets tredimensionelle struktur.

Den nye model giver et værdifuldt værktøj til at forstå, hvordan kromosomer foldes, og hvordan denne foldning påvirker genekspression. Denne information kan føre til ny indsigt i en række sygdomme, såsom kræft, der er forårsaget af forstyrrelser i organisationen af ​​genomet.

Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Physics.