GPS для хромосом: с помощью нового метода ученые смогут определять, какие гены у эмбриона активны, а какие - нет

Пространственное расположение генетического материала в клеточном ядре играет важную роль в развитии организма. Исследовательская группа из Университета Базеля в сотрудничестве с коллегами из Гарварда разработала метод отслеживания хромосом в отдельных клетках. Используя этот метод, они смогли продемонстрировать, что хромосомы реорганизуются во время эмбрионального развития. Исследование было недавно опубликовано в издании Molecular Cell.

Спящие гены

Наше тело состоит из множества клеток с самыми разными функциями. Однако, независимо от того, являются ли они сердечными, печеночными или нервными клетками, они все содержат одну и ту же генетическую информацию. Причина, по которой клетки развиваются по-разному, заключается в том, что считываются только части их хромосом. Это приводит к тому, что некоторые гены активны, в то время как другие, напротив, молчат.

Для активации генов решающую роль играет как способ упаковки генов, так и их пространственная организация в ядре клетки. Команда профессора Сьюзен Манго из центра Biozentrum Базельского университета более тщательно исследовала эту трехмерную архитектуру. Используя новую технику, ученые смогли проследить отдельные хромосомы во время эмбрионального развития у нематод и показать, что они перестраиваются уже на ранней стадии.

Расположение хромосом не случайно

Если растянуть все молекулы ДНК, клетки достигли бы около двух метров в длину. Таким образом, ДНК должна быть плотно упакована, чтобы поместиться в ядро ​​клетки размером всего в несколько микрометров. Нити очень плотно скручены, образуя компактные структуры, называемые хромосомами. Упаковка и расположение ДНК хромосом определяет активность генов.

В своем исследовании ученые проследили отдельные хромосомы и исследовали их организацию во время раннего эмбрионального развития. В качестве модели служили эмбриональные клетки нематоды C. elegans. «Используя новую технику, мы смогли проследить пространственную перестройку хромосом в отдельных клетках в начале эмбриогенеза, - говорит Манго. - Преимущество этого метода состоит в том, что клетки и ткани остаются полностью неповрежденными».

Ранние хромосомы напоминают штангу

Хорошо известно, что области хромосом со сходными функциональными свойствами связываются друг с другом и взаимодействуют. Это означает, что домены хромосом разделены на два компартмента: активный и неактивный. «Однако в раннем эмбриогенезе хромосомы организованы по-разному, - говорит специалист Ахиля Соух. - У ранних эмбрионов они организованы в нетрадиционную структуру, похожую на штангу, с неактивными отсеками, разделенными центральной активной областью».

Исследователи обнаружили, что ядерная пластинка - белковая сетка, выстилающая внутреннюю поверхность ядра клетки, - необходима для достижения этой договоренности со штангой. Пластинка прикрепляется к неактивным участкам и растягивает хромосому.

Хромосомы реорганизуются во время эмбриогенеза

«Только на более поздней стадии эмбрионального развития, когда развиваются зародышевые слои, мы действительно видим хорошо известную сегрегацию в активную и неактивную область, - объясняет Манго. - Используя трассировку хромосом, мы смогли отобразить их трехмерную архитектуру хромосом и впервые показать, что хромосомы перестраиваются во время раннего развития, процесса созревания, который требует ядерной пластинки».

Реорганизация хромосом сопровождает созревание клеток и представляет собой важный этап в развитии сложного организма. Правильная хромосомная архитектура имеет решающее значение для предотвращения нарушений развития.