Ученые Северо-Западного университета и участники международного проекта 4D Nucleome Project показали, как человеческий геном устроен в трех измерениях, и как эта структура меняется во времени. Исследование, опубликованное в журнале Nature, дает одно из самых подробных на сегодня представлений о пространственной организации ДНК в клетке.
Работа основана на данных из человеческих эмбриональных стволовых клеток и фибробластов, что позволяет уточнить, как ДНК внутри ядра складывается в петли и домены, занимает определенные области и тем самым влияет на активность генов. В реальности геном — не линейная цепочка, а плотная пространственная конструкция, где ключевую роль играют расстояния и контакты между участками ДНК.
Исследователи объединили данные сразу нескольких геномных методов и обнаружили более 140 тысяч хроматиновых петель в каждом типе клеток. Эти структуры соединяют гены с регуляторными элементами и участвуют в тонкой настройке их работы. Кроме того, команда детально описала хромосомные домены и их положение в ядре, а также построила трехмерные модели целых геномов на уровне отдельных клеток. Такие модели показывают, какие участки ДНК оказываются соседями, и как это соседство меняется во время транскрипции и копирования генетического материала.
Поскольку ни один метод не способен полностью зафиксировать четырехмерную архитектуру генома, авторы показали, какие методы лучше выявляют петли, границы доменов или тонкие сдвиги в пространственном расположении ДНК. Эти выводы могут служить ориентиром для будущих исследований.
Важным итогом стали и вычислительные инструменты, позволяющие предсказывать трехмерную структуру генома по одной лишь последовательности. Это особенно ценно, потому что большинство вариантов, связанных с заболеваниями, расположены вне кодирующих участков ДНК. Пространственный контекст помогает понять, какие гены могут быть затронуты такими изменениями.
Ранее Наука Mail рассказывала о новом взгляде на историю биоразнообразия.
