Теория за генетичните торпеди

Първото пряко наблюдение на структурата на хроматина опровергава учебниците

ДНК се комбинира с протеини в перлени блестящи хроматинови нишки. Но как те са подредени в ядрото, досега имаше само теории. Тази илюстрация показва предишното становище на учебника: „Перлените колиета“ са спретнато сгънати във все по-дебели влакна. © Darryl Leja / NHGRI
чете на глас

Хаос вместо ред: Нашият генетичен материал е подреден в ядрото по съвсем различен начин, отколкото е в учебниците. Хроматинът, състоящ се от ДНК и протеини, образува хаотични гънки и топчета, вместо да бъде сглобено сглобен във все по-дебели влакна. Това разкрива първото пряко наблюдение на структурата на хроматина в непокътнати клетки. Това отваря напълно нови познания за връзката между формата и функцията на ДНК, според изследователите в списание „Science“.

ДНК е носител на нашата генетична информация и по този начин един вид референтна библиотека за всички наши клетки. Тя е съответно обширна: ДНК само от една клетка е дълга около два метра, а генетичният материал на всички наши клетки в тялото дори би достигнал оттук до планетата джудже Плутон.

Мистерия на опаковката

Но как е заложена тази изключително дълга нишка в единственото шест микрона малки клетъчни ядра? Точно този въпрос е дори повече от 60 години след откриването на ДНК все още до голяма степен без отговор. Ясно е, че ДНК с протеини до хистони и те от своя страна се събират в хроматин - подобно на низ от перли.

Но хроматинът образува хромозомите, за него има само теории. Според повечето учебници хроматиновите "перлени вериги" се комбинират, за да образуват все по-дебели влакна, първо с дебелина 30, после 120 и 320 нанометра. В крайна сметка те се комбинират и образуват хромозомите.

Визуализирана е структурата на хроматина

Дали това наистина е така, но не може да се докаже досега, защото не са съществували неразрушителни методи за изобразяване. „Това е едно от най-неверните предизвикателства за биологията да наблюдаваме тази по-висока структура на ДНК и да видим как тя е свързана с функцията на генома“, обяснява ръководителят на изследването Clodagh O’Shea от Salk Institute for Biological Studies в La Jolla. показ

Хроматинова структура (отпред), електронно-микроскопичен изглед и плътност на опаковане (отзад), определена по новия метод Институт на Salk / Clodagh O'Shea

Това е точно предизвикателството, което О'Шей и нейните колеги са овладели. Те са открили багрило, което избирателно прикрепя метал към ДНК, разкривайки хроматиновата структура, без да я променя или разрушава. Това им позволи да подготвят генетичния материал в ядрото на непокътнатите клетки и да го изобразят триизмерно с помощта на електронно-микроскопична томография (ChromEMT).

Kn uel вместо чисти слоеве

Изненадващият резултат: Няма и следи от обикновените влакна или кокетни структури, постулирани в учебниците. Напротив, хроматинът образува разрушени клъстери в ядрото, в които генетичният материал е сгънат и оплетен по много различни начини, както разкриват изображенията.

„Виждаме например хроматинови вериги с къси прави участъци, в които изглежда, че хроматинът е подреден“, съобщават учените. „Тогава отново има хроматинови вериги със спирален завой. Друг повтарящ се модел е образуването на бримки с различни размери във и между хроматиновите вериги. "

Теорията на учебника опровергава

Тази привидно хаотична структура на хроматина ясно противоречи на обичайната теория учебниците трябва да бъдат пренаписани. "Нашите резултати показват, че хроматинът не трябва да образува твърди структури от висок ред, за да се поберат в ядрото", казва О'Шей. "Вместо това плътността на опаковане осигурява основата за различните структури."

Плътността на опаковане също влияе там, където ДНК е достъпна и четена, казаха изследователите. Необходимите ензими се насочват от формата на гънките и се събарят директно до точките на докиране те се гмуркат в структурата като дрон в каньон. "По този начин плътността на опаковане контролира функционалната активност и достъпността на нашия геном", обяснява O'Shea.

„Новаторски постижения“

За първи път е решена една от големите загадки на нашия генетичен материал. С новата способност да наблюдават хроматина in situ, учените вече могат да изследват пряко за първи път как превъзходната структура на ДНК влияе върху тяхната активност. Това отваря изцяло нови възможности за изследвания, но може би и за медицината.

"Визуализацията на ядрото на хроматина в ядрото е революционно постижение", пишат Даниел Ларсън и Том Мистели от Националния раков институт на САЩ в придружаващ коментар. (Science, 2017; doi: 10.1126 / science.aag0025)

(Salk Institute / Science, 28.07.2017 - NPO)