Interakcje dalekiego zasięgu podczas zwijania genomu

W trójwymiarowej architekturze zwijania genomu interpretowana jest informacja genetyczna. W skład genomu wchodzą geny oraz ich elementy regulatorowe. Chromosomy w jądrze komórkowym są tak organizowane, żeby elementy regulatorowe znajdowały się w pobliżu regulowanych przez nie genów - wyjaśniają na stronie internetowej Uniwersytetu Warszawskiego polscy uczestnicy badań.

Dodają, że trójwymiarowa organizacja genomu zachodzi w wielu skalach. Jedną z nich są dobrze rozgraniczone domeny fizycznych interakcji, znane jako domeny chromatynowe. Są to podstawowe jednostki organizacji genomu u wielu gatunków - od drożdży po człowieka.

Nieopisany wcześniej poziom zwijania genomu przedstawił zespół pod kierownictwem prof. Marii Cristiny Gambetty z Uniwersytetu w Lozannie, dr. Aleksandra Jankowskiego z Instytutu Informatyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz prof. Michaela S. Levine’a z Uniwersytetu Princeton. W pracach uczestniczyła doktorantka Patrycja Rosa. Wyniki badań zostały zaprezentowane w artykule na łamach czasopisma Cell.

Naukowcy odkryli, że w układzie nerwowym muszki owocowej Drosophila melanogaster odległe pary domen oddziałują między sobą na odległość nawet połowy chromosomu, tworząc tzw. metadomeny.

W ich obrębie określone promotory genów i elementy regulatorowe są zbliżone do siebie, mimo że znajdują się w odległości kilkudziesięciu domen topologicznych od siebie, mierząc wzdłuż chromosomu. Geny związane z tymi metapętlami są odpowiedzialne za ważne procesy rozwoju neuronalnego, w tym za naprowadzanie aksonów i adhezję komórkową.

"Metapętle wykazują wysoki stopień ewolucyjnego zachowania pomiędzy dwoma odległymi gatunkami muszek. Końce tych metapętli rozpoznają się nawzajem pomimo różnicy w odległościach genomowych między odpowiadającymi miejscami w genomach obu gatunków" – mówi dr Aleksander Jankowski z Instytutu Informatyki UW, cytowany w komunikacie uczelni.

Badacze przewidywali, że za tworzenie metadomen odpowiada wiele czynników transkrypcyjnych, które są w stanie łączyć się w pary pomimo znacznych odległości. W trakcie eksperymentu wykazali, że dwa czynniki transkrypcyjne, GAF i CTCF, odgrywają bezpośrednią rolę w tym procesie.

Zaobserwowali również względną prostotę interakcji metadomen u muszek owocowych, w porównaniu z innymi interakcjami opisanymi wcześniej u ssaków.

Nowy mechanizm zwijania genomu ma znaczenie w regulacji transkrypcji genów neuronalnych. Naukowcy spodziewają się, że genomy mogą zwijać się tworząc wiele wysoce wyspecjalizowanych struktur przestrzennych, które umożliwiają interakcje regulacyjne dalekiego zasięgu.

Nauka w Polsce

kol/ bar/