Секвенирование генома является важной вехой в современной биологии, поскольку оно позволяет получить доступ ко всему «списку инструкций» (химической последовательности генетического состава) для развития и функционирования организмов. Секвенирование генома немного похоже на запись точного порядка цвета бусинок в ожерелье: знание того, как они расположены вдоль нити, не дает нам никаких указаний на форму ожерелья.
Форма нити ДНК может быть очень сложной, учитывая, что хромосомы свободно расположены в явно хаотическом клубке в ядре клетки. Поскольку форма хромосом может иметь решающее влияние на их функцию, важно, чтобы она была охарактеризована, отчасти потому, что ученые думают, что клубок ДНК в ядре только на первый взгляд хаотичен и что вместо этого у него есть определенная «география» для каждого ткань и стадия клеточной жизни.
«Достижение точного описания формы клубка ДНК, к сожалению, невероятно сложно», — объясняет Кристиан Мичелетти, профессор SISSA и координатор нового исследования. «В нашем случае мы использовали экспериментальные данные по« парам близости »».«Представьте, что вам нужно создать карту города, — объясняет он, — основываясь только на такой информации, как« почта находится напротив станции »,« аптека рядом с тренажерным залом »,« рынок фруктов и овощей находится недалеко от станции ». футбольное поле »и т. д. Если у вас есть лишь небольшое количество таких утверждений, ваша карта будет приблизительной, а в некоторых случаях неопределенной. Но если у вас их сотни, тысячи или даже больше, то ваша карта будет становиться все более точной и точный. Это логика, которой мы следовали ".
Таким образом, «пары близости» относятся к информации о близости двух точек на карте. В случае ядерной ДНК эта информация была получена с помощью метода (который Микелетти определяет как «блестящий»), известного как Hi-C, разработанного североамериканскими исследовательскими группами в 2010 году.
В этом химико-физическом методе участки генома расположены близко друг к другу в ядре связаны друг с другом и затем идентифицируются по их последовательности. Собрав большое количество этих пар близости, ученые обнаружили, какие точки хромосом расположены близко друг к другу в ядре.
Хотя на сегодняшний день это самый мощный метод исследования организации ДНК в ядре, он все еще недостаточен для определения ее общей формы. «По этой причине мы думали, что попробуем пойти« дальше »», — комментирует Мичелетти.Отображение «соседей»«Мы использовали общедоступную базу данных пар близости, первоначально полученную в результате одного эксперимента Hi-C. База данных содержала информацию о сотнях тысяч пар близости», — объясняет Марко Ди Стефано, исследователь, который защитил докторскую диссертацию в SISSA в 2014 году (с этим проект) и первый автор статьи.
Ди Стефано в настоящее время работает доктором в Национальном центре геномного анализа в Барселоне. Исследователи создали крупнозернистую виртуальную модель всех хромосом в «базовой» трехмерной конформации.
Затем они определили положение двух битов ДНК каждой пары близости, чтобы приблизить их друг к другу, соответствующим образом изгибая нить.«Повторяя эту операцию для всех пар близости, известных экспериментально, мы получили запутанную, хотя и не случайную, структуру, которая выявила форму всех хромосом генома человека, которые были скрыты в данных», — объясняет Ди Стефано. «Само собой разумеется, что чем больше пар используется, тем точнее получается трехмерная модель».Фактически, после этого первого этапа Микелетти и его коллеги добавили в модель новую серию экспериментальных данных. «Так же, как мы работали над проектом, был опубликован новый, более подробный набор данных Hi-C, так что мы также использовали их», — говорит Мичелетти. «По правде говоря, у нас были некоторые опасения, что наш новый метод может быть недостаточно надежным и что новый набор данных может конфликтовать с ранее полученной 3D-моделью и« испортить »ее. Но, почти к нашему удивлению, мы увидели, что соответствие осталось очень похоже.
Мало того, новые данные просто уточнили модель, и почти волшебным образом различные области хромосом стали позиционировать себя в правильных местах ядра. Это мы находим даже более убедительным, чем описание реальных данных для с хорошей степенью приближения, и мы надеемся, что в будущем собранные данные позволят нам со все большей степенью детализации раскрывать форму ДНК, заключенную в наших клетках ».
