3D-геноміка допомагає зрозуміти, як працюють наші гени
ДНК створює петлі та інші складні ланцюги, щоб компоненти геному знаходилися поряд один з одним у ядрі клітини, навіть якщо їх розділили протяжним елементом ДНК.
Наразі створено нові способи вивчення розміщення ДНК геному в ядрі клітини. Завдяки науці, винайдено тривимірну геноміку. Із застосуванням таких способів виявлено, що хромосоми діляться різні фрагменти – ТАДы. Компоненти геному з одного такого комплексу знаходяться в контакті частіше, ніж з компонентами інших ТАДів. Це дозволяє представляти ТАДи як ущільнені клубки ДНК-нитки. Згідно з дослідженнями, енхансер приводить в активність виключно гени, які знаходяться всередині ТАД з підсилювачем.
Тади дуже важливі у контролі активності геному. Якщо видалити або пошкодити відрізок ДНК, який ділить ТАДи, що стоять поруч, енхансер зможе запускати гени, які в нормальному стані в цій групі клітин не повинні бути активними. Через це можуть виникнути серйозні хвороби, наприклад онкологія, збої в розвитку плода і т.д.
Де знаходяться межі ТАДів?
Це ланцюжки з генами, що працюють у всіх видах клітин та підтримують базові функції біологічної активності у клітинах. Ці складові не згортаються в ущільнені глобули та поділяють ТАДи у геномі.
Від безлічі клітин до однієї
У багатьох досліджень молекулярної біології застосовуються тисячі клітин за раз. Це робиться через те, що одна клітина містить занадто мало молекул, що перевіряються, і це робить експеримент складніше.
Дослідження безлічі клітин дозволяє отримати більш точні результати та виявити середні показники функцій клітин.
Однотипні клітини, які на перший погляд здаються однаковими, можуть бути різними за біохімічними характеристиками. Перевірки функцій геному в єдиній клітині – це вже “тренд часу”, вчені вже зробили величезний внесок у вивчення тонкого налагодження функцій геному людини. Подібні експерименти дають великий поштовх розвитку медичної галузі, оскільки процеси, що відбуваються в невеликій частині клітин, можуть стати причиною онкологічних патологій. При розгляді великої кількості клітинних структур такі процеси часто не помічаються.
У багатьох випадках, звичайно, легше досліджувати популяцію клітин, але існують окремі типи клітин, які не можна вивчити популяційним методом, це так звані «штучні види».
За допомогою експериментів вдалося дослідити, як влаштовані геноми батька та матері в зиготах мишей. Розміщення ДНК в материнському ядрі в заплідненій яйцеклітині дуже по-різному з укладанням генного коду в ядрах інших видів клітинних структур. Зазвичай у клітинах активні та спокійні частини гена знаходяться у просторі окремо. А ось у материнському ядрі навпаки. За результатами досліджень передбачається, що геном у материнському ядрі – базовий і відповідає тотипотентному стану, що дає можливість при розвитку ембріона з єдиної зиготи отримати багато різних типів дорослих клітин.
Тривимірна геноміка та медична сфера
Всі одиниці хромосом укладені індивідуально і знаходяться в клітинному ядрі так, що місце, яке займає хромосома, майже не має перетинів з місцями, де є інші хромосоми. Все має свої межі.
Всі зміни у функціональності геному можуть вплинути на функції генів, які прямо не були порушені такими модифікаціями і знаходяться взагалі в інших хромосомах.
Відкриття у принципі нового способу утворення лейкозів дає основу створення варіантів боротьби такими хворобами. Так, експерименти з укладанням ДНК геному в ядрі важливі не тільки для просування науки, але і для медичної галузі. Такі дослідження допомагають краще розуміти, як виникають різні захворювання.
Еволюція 3D-організації геному
Так як 3-Д-організація – це один із способів контролю геному, це важливо для еволюції. На прикладі еволюції геному у хребетних тварин можна зрозуміти – у міру того, як їх організми розвиваються, вони втрачають лінійні частини хромосом, а частини, які зібрані в клубочки, залишаються.
Очевидно, це пов’язано роллю віддалених підсилювачів у контролі генної діяльності, що сильно підвищується. Створення зв’язків між подібними підсилювачами та генами, які вони контролюють, відбувається через появу петель ДНК, що допомагає утворити глобули.
