«Происходит реконфигурация их трехмерной структуры, которая, на мой взгляд, была неожиданной, — сказал Никола Неретти, доцент биологии Университета Брауна и старший автор исследования в Science Advances.В целом, как обнаружила группа Неретти, хромосомы становятся намного компактнее, хотя некоторые их части увеличиваются в объеме.
Анализ их пространственной организации показывает, что большинство генов перемещаются в области, называемые компартментами «B», которые заблокированы плотно сплетенным хроматином, который препятствует их экспрессии. Многие, однако, переходят в отсеки «А», которые более свободны и, следовательно, более открыты для экспрессии генов.Типы генов, на которые влияют эти изменения, часто имеют отношение к старению.
В своем анализе, например, ученые обнаружили, что примерно один из восьми генов, связанных с пролиферацией клеток и другими соответствующими клеточными функциями, переключается с относительно рыхлых A-компартментов на более ограничительные B-компартменты.Исследование объединило две методики.
Захват конформации хромосомы Hi-C, впервые опубликованный в 2009 году, позволил им обнаружить изменения в расположении генов в компартментах хроматина A или B. Между тем, с помощью метода визуализации «FISH» (флуоресцентная гибридизация in situ) они флуоресцентно пометили разные точки на хромосоме, чтобы напрямую измерить физическое расстояние между ними. Это выявило общие физические изменения, такие как размер и компактность хромосом до и после старения. Далее исследователи визуализировали хромосомы, используя множество зондов FISH, технику, называемую «окраской хромосом», которая позволяет им выделять целые отдельные хромосомы и их составные части в ядре.«Hi-C дает вам много информации о том, что происходит локально в геноме, но не дает информации о физических расстояниях, поэтому мы перешли на FISH», — сказал Неретти. «Мы« ловили рыбу »на расстоянии».
Например, FISH и раскраска хромосом показали, какие части хромосомы стали более компактными, а какие — расширенными. В своем исследовании ученые увидели, что, в то время как руки хромосом и «теломеры» на их концах сжимались, относительно крошечная середина — центромера — расширялась. Внутри центромеры определенные области повторяющейся ДНК, называемые альфа-спутниками, резко расширились и стали выражаться.Вся эта информация позволила им создать первые трехмерные модели изменения хромосом в стареющих клетках, сказал Неретти.
Работой руководили аспирант Стивен Крисчоне из лаборатории Неретти и научный сотрудник Марко Де Чекко из лаборатории Джона Седиви. Неретти также высоко оценил вклад двух соавторов бакалавриата Бенджамина Сираносяна и Юэ Чжана.Результаты основаны на исследовании, проведенном два года назад многими из тех же авторов, в том числе Джилл Крейлинг, доцентом (исследования) биологии.
Они показали, что молекулярное следствие старения заключается в том, что стареющие клетки теряют жесткую хватку хроматина на часто вредных последовательностях ДНК, называемых транспозонами, что приводит к большей репликации этих «изгоев».По словам Неретти, теперь команда углубляется в переключатели отсеков (между A и B), которые изменяют регуляцию генов в стареющих и не дряхлых клетках.
Они надеются понять и смоделировать эти переходы и их последствия более подробно.По словам Неретти, новое исследование помогает ответить на фундаментальный вопрос о том, какие генетические изменения сопровождаются старением.
Этот ответ может в конечном итоге приобрести клиническое значение. По его словам, теперь, когда они знают кое-что о физических изменениях, происходящих в хромосомах, ученые могут искать белки, которые, вероятно, опосредуют эти изменения.
В будущем, возможно, нацеливание на эти белки может обеспечить способ замедлить старение или ускорить его.