3D-геномика помогает понять, как работают наши гены
ДНК создает петли и прочие сложнейшие цепи, чтобы компоненты генома находились рядом друг с другом в ядре клетки, даже если их разделили протяженным элементом ДНК.
Сейчас созданы новые способы изучения размещения ДНК генома в ядре клетки. Благодаря науке, изобретена трехмерная геномика. С применением таких способов выявлено, что хромосомы делятся на разные фрагменты – ТАДы. Компоненты генома из одного такого комплекса находятся в контакте более часто, чем с компонентами других ТАДов. Это дает возможность представлять ТАДы как уплотненные клубки ДНК-нити. Согласно исследованиям, энхансер приводит в активность исключительно гены, которые находятся внутри ТАДа с усилителем.
ТАДы очень важны в контроле активности генома. Если удалить или повредить отрезок ДНК, который делит рядом стоящие ТАДы, энхансер сможет запускать гены, которые в нормальном состоянии в этой группе клеток не должны быть активными. Из-за этого могут возникнуть серьезные болезни, например, онкология, сбои в развитии плода и т.д.
Где находятся границы ТАДов?
Это цепочки с генами, работающими во всех видах клеток и поддерживающими базовые функции биологической активности в клетках. Эти составляющие не сворачиваются в уплотненные глобулы и разделяют ТАДы в геноме.
От множества клеток к одной
Во множестве исследований молекулярной биологии применяются тысячи клеток за раз. Это делается из-за того, что одна клетка содержит слишком мало проверяемых молекул, и это делает эксперимент сложнее.
Исследование множества клеток позволяет получить более точные результаты и выявить средние показатели функций клеток.
Однотипные клетки, которые на первый взгляд кажутся одинаковыми, могут быть совершенно разными по биохимическим характеристикам. Проверки функций генома в единственной клетке – это уже «тренд времени», ученые уже сделали огромный вклад в изучение тонкой наладки функций генома человека. Подобные эксперименты дают большой толчок развитию медицинской отрасли, так как процессы, которые происходят в маленькой части клеток, могут стать причиной онкологических патологий. При рассмотрении большого числа клеточных структур такие процессы зачастую не замечаются.
Во многих случаях, конечно, легче исследовать популяцию клеток, но существуют отдельные типы клеток, которые нельзя изучить популяционным методом, это так именуемые «штучные виды».
С помощью экспериментов получилось исследовать, как устроены геномы отца и матери в зиготах мышей. Размещение ДНК в материнском ядре в оплодотворенной яйцеклетке сильно различно с укладкой генного кода в ядрах других видов клеточных структур. Обычно в клетках активные и спокойные части гена находятся в пространстве отдельно. А вот, в материнском ядре наоборот. По результатам исследований предполагается, что геном в материнском ядре – базовый и соответствует тотипотентному состоянию, которое дает возможность при развитии эмбриона из единственной зиготы получить много различных типов взрослых клеток.
Трехмерная геномика и медицинская сфера
Все единицы хромосом уложены индивидуально и находятся в клеточном ядре так, что место, которое занимает хромосома, почти не имеет пересечений с местами, где находятся другие хромосомы. У всего есть свои границы.
Все изменения в функциональности генома могут оказать влияние на функции генов, которые прямо не были затронуты такими модиификациями и находятся вообще в других хромосомах.
Открытие в принципе нового способа образования лейкозов дает базу для создания вариантов борьбы такими болезнями. Так, эксперименты с укладкой ДНК генома в ядре важны не исключительно для продвижения науки, но и для медицинской отрасли. Такие исследования помогают лучше понимать, как именно возникают разные заболевания.
Эволюция 3D-организации генома
Так как 3-Д-организация – это один из способов контроля генома, это важно для эволюции. На примере эволюции генома у позвоночных животных можно понять – по мере того, как их организмы развиваются, они теряют линейные части хромосом, а части, которые собраны в клубочки, остаются.
По видимому, это связано сильно повышающейся ролью удаленных усилителей в контроле генной деятельности. Создание связей между подобными усилителями и генами, которые они контролируют, происходит из-за появления петель ДНК, что помогает образовать глобулы.
