Зачем яйцеклеткам хромосомы — «ламповые щетки»: ответ российских ученых

Ученые заглянули в гигантские хромосомы яйцеклеток и нашли фактор, который может объяснить, как клетка «включает» нужные гены.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Специалисты из Института цитологии и генетики СО РАН вместе с коллегами из Санкт-Петербургского государственного университета выяснили, что полигенные хромосомы типа «ламповых щеток» (англ. lampbrush chromosomes) помогают раскрыть механизмы, управляющие трехмерной организацией ДНК и активностью генов. Эти необычные структуры появляются в созревающих яйцеклетках птиц, амфибий и некоторых других животных и выглядят как длинные нити с множеством боковых петель — отсюда и необычное название. Оно появилось после открытия этих элементов в 1882 году учеными Флемингом и Руккертом. Хромосомы напомнили им щетки, которыми чистили уличные фонари.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

ДНК расправляет «петли» ради работы генов

Исследование показало, что наиболее активные гены располагаются именно в боковых петлях таких хромосом. В этих участках ДНК развернута и доступна для интенсивного считывания генетической информации. Напротив, плотные участки — хромомеры — почти не участвуют в синтезе РНК.

Ученые сопоставили расположение активных и «молчаливых» зон генома с пространственной организацией хромосом и пришли к выводу, что архитектура ДНК напрямую связана с тем, какие гены клетка использует в конкретный момент. Это особенно важно для эмбрионального развития: именно в яйцеклетке заранее накапливаются молекулы РНК, необходимые будущему зародышу в первые дни жизни.

Гигантские хромосомы стали «живой картой» генома

Авторы отмечают, что хромосомы-«ламповые щетки» удобны для изучения работы генов благодаря своим огромным размерам — они могут достигать нескольких миллиметров и хорошо видны даже в обычный оптический микроскоп. Такая особенность позволяет вживую наблюдать, какие участки ДНК активируются в реальном времени.

Исследователи также обнаружили, что границы активных зон генома не всегда совпадают с видимыми структурами хромосом. Это говорит о существовании дополнительных факторов, влияющих на пространственную упаковку ДНК и доступность генов для считывания.

Полученные данные помогут лучше понять механизмы регуляции генов не только у птиц, но и у человека. Нарушения пространственной архитектуры генома сегодня связывают с рядом тяжелых заболеваний, включая некоторые формы рака и наследственные патологии.

Похожие «петли» активной ДНК недавно удалось наблюдать и в клетках млекопитающих. Исследователи выяснили, что особенно активно работающие гены буквально выпячиваются из плотной упаковки хромосом, образуя длинные транскрипционные инструменты.

Современные нейросети уже умеют предсказывать трехмерную структуру генома по последовательности ДНК. Российская модель Chimaera показала, что правила упаковки хроматина могут различаться у разных видов животных. Подробнее об этом — в материале Hi-Tech Mail.

БиологияПоделиться