Во время деления клетки каждая метафазная хромосома содержит одну чрезвычайно длинную молекулу ДНК, которая связана с гистоновыми белками и образует длинную хроматиновую нить с множеством нуклеосом. Современные модели хромосом считают, что хроматин сложен, образуя петли или нерегулярные сети.
Однако предыдущие микроскопические исследования, проведенные исследователями лаборатории хроматина под руководством профессора Джоан-Рамон Дабан (подразделение биологических наук Департамента биохимии и молекулярной биологии, UAB), неожиданно показали, что хроматин из метафазных хромосом складывается в многослойные пластинки. Это открытие привело к предложению модели тонкой пластинки, в которой считается, что хромосомы образованы множеством уложенных друг на друга слоев хроматина, ориентированных перпендикулярно оси хромосомы.
Недавно было показано, что такая организация может служить оправданием вытянутой цилиндрической формы и механических свойств хромосом.Д-р Дабан использовал изображения, полученные во многих лабораториях с помощью различных цитогенетических методов, для исследования внутренней структуры хромосом.
Измерен угол ориентации G- и R-полос по отношению к оси хромосомы; средние значения, полученные для этого угла, находятся в диапазоне от 88 ° до 91 °. Такая ортогональная ориентация наблюдается даже для самых тонких полос. Поддиапазоны, полученные механическим расщеплением исходных полос и тонких полос репликации, также перпендикулярны оси хромосомы. Эти результаты показывают, что трехмерные полосы представляют собой дискообразные структуры, которые могут быть очень тонкими, и что короткие участки ДНК могут полностью занимать поперечное сечение хромосомы. Кроме того, при обмене сестринских хроматид образующиеся соединительные поверхности являются плоскими, и наблюдаемый угол ориентации этих поверхностей составляет приблизительно 90 °. Поверхности соединения, наблюдаемые при хромосомных транслокациях, встречающихся при различных карциномах и гематологических злокачественных новообразованиях, также плоские; средние значения угла ориентации этих поверхностей в транслокациях, проанализированных с использованием многоцветных методов (SKY и M-FISH), находятся в диапазоне от 90 ° до 92 °.
Все эти наблюдения накладывают геометрические ограничения, которые необходимо учитывать для валидации моделей организации хроматина в метафазных хромосомах. Модели, основанные на петлях хроматина и нерегулярных сетях, несовместимы с этими ограничениями. Ортогональная ориентация и плоская геометрия поверхностей соединения в хромосомных транслокациях могут быть легко объяснены, если хромосомы образованы сложенными тонкими слоями хроматина.
Эта многослойная модель также совместима с ортогональной ориентацией полос, наличием тонких полос и расщеплением полос, вызванным растяжением хромосом.Эта работа построила мост между структурной биологией и цитогенетикой.
Результаты этого исследования полезны для понимания трехмерной организации ДНК в хромосоме и структурной основы цитогенетических методов, используемых для диагностики наследственных заболеваний и рака. Работа опубликована в многопрофильном журнале Scientific Reports from Nature Publishing Group.