Росcийские биологи научились исследовать расположение ДНК в отдельной клетке

Ученые биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, Института биологии гена РАН и их коллеги из Австрии и США впервые построили подробные карты пространственной организации генома в индивидуальных клетках и изучили особенности пространственной организации материнского и отцовского геномов в зиготах мыши. Результаты исследований опубликованы в журнале Nature.

В ядрах клеток молекулы ДНК упакованы в особые структуры, хромосомы, которые можно представить себе как сложные, но не случайным образом спутанные клубки. Вещество хромосом, представляющее собой в основном комплекс ДНК, РНК и белков, называется хроматином. Биологи разработали новую методику изучения того, как хроматин упакован в ядре живой клетки. Эта методика является значительно усовершенствованным вариантом классического подхода к исследованию трехмерной структуры генома — Hi-C (high-throughput chromosome conformation capture).

«Возьмем три условных участка ДНК: А, B и С. Первые два расположены друг за другом в геноме — они соседи, а третий, предположим, находится от них на расстоянии в несколько миллионов пар нуклеотидов. Но хромосома может быть так упакована, что фрагмент С окажется рядом с А или В в пространстве. Мы можем установить этот факт (не для трех случайных участков ДНК, а в масштабе всего генома одновременно) и использовать эту информацию для построения карт пространственной структуры хроматина в живой клетке, так работает метод Hi-C», — рассказал один из авторов работы, кандидат биологических наук Сергей Ульянов.

В стандартном методе Hi-C для проведения одного эксперимента, как правило, требуется несколько сотен тысяч и даже миллионов клеток. Однако новая методика позволяет работать с одной отдельно взятой клеткой и составлять ее индивидуальную карту трехмерной структуры хромосом. Основным новшеством в этой методике является отбор единичных ядер на заключительном этапе Hi-C-эксперимента и проведение так называемой полногеномной амплификации — процесса, в котором с использованием особого фермента можно получить десятки тысяч копий ДНК из одного клеточного ядра.

«Мы провели анализ пространственной организации генома в зиготах мыши. Оказалось, что ядра, мужское и женское, которые сосуществуют в одной клетке, в зиготе, принципиально различаются по тому, как в них уложен геном. В ядре, сформировавшемся из ядра сперматозоида, активные участки генома в пространстве отделены от неактивных, а в ядре с материнским геномом этого не наблюдается. Во всех предыдущих исследованиях в клетках млекопитающих это разделение имело место, так что это очень неожиданный результат», — прокомментировал один из авторов статьи, Илья Флямер.

Пространственная организация хроматина является важным регуляторным инструментом, который клетка использует для управления экспрессией генов. В последнее время в научной литературе появляется все больше сообщений о том, что нарушения нормальной упаковки ДНК в ядре связаны с рядом тяжелых заболеваний человека и в первую очередь с некоторыми раковыми опухолями. Технология Hi-C на единичных клетках в будущем позволит исследовать отдельные, в том числе крайне немногочисленные, субпопуляции раковых клеток в составе опухолей и, возможно, приблизит нас к пониманию механизмов возникновения злокачественных новообразований.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.