Портал «Индустрия технологий» :: Российские ученые усовершенствовали подход к исследованию трехмерной структуры генома 

Для данного опроса не указаны варианты ответов.

Российские ученые усовершенствовали подход к исследованию трехмерной структуры генома 

02.02.2018

Российские ученые усовершенствовали подход к исследованию трехмерной структуры генома 



Исследования биологов МГУ подтвердили предложенную ранее модель, постулирующую, что при сохранении общих принципов упаковки генома характер укладки хроматиновой фибриллы в индивидуальных клетках может существенно различаться. Получение этих результатов стало возможным благодаря тому, что авторы разработали новый экспериментальный подход для исследования пространственной организации генома в ядрах индивидуальных клеток.
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. 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.


«Это ключевой этап нашей технологии. Полногеномная амплификация позволяет напрямую работать с геномами индивидуальных клеток, секвенировать их и проводить любые другие манипуляции, в том числе исследовать трехмерную организацию хроматина в одной отдельно взятой клетке. Так называемые single-cell технологии, то есть исследования и манипуляции с единичными клетками, сейчас являются бурно развивающейся областью молекулярной биологии», — сказал Сергей Ульянов.


С помощью нового метода ученые смогли изолировать из мышиных зигот отдельно материнское ядро и отцовское и посмотреть, чем пространственная организация материнского генома отличается от отцовского.
«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.


Таким образом, новый метод позволяет исследовать самые ранние стадии эмбриогенеза, сразу после оплодотворения.
«Поскольку зигота — это тотипотентная клетка, которая может дать начало любому типу клеток в организме, возможно, полученные результаты помогут понять природу тотипотентости и дадут возможность приблизиться к более полному перепрограммированию соматических клеток, чем при создании индуцированных плюрипотентных стволовых клеток» — сказал 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 понимаю механизмов возникновения злокачественных новообразований


Работа выполнена совместно с Институтом биологии гена РАН и коллегами из Австрии и США.


 



Источник: оригинал статьи

Это тоже может быть интересно

На спутнике Сатурна обнаружили признаки жизни Исследователи НАСА обнаружили в атмосфере Титана вещество, которое может свидетельствовать о наличии микроорганизмов на спутнике Сатурна. Об этом говорится в сообщении, опубликованном на сайте Phys.org. На рос

В Японии разработали новый метод диагностики болезни Альцгеймера Ученые из японского Национального центра гериатрии и геронтологии (National Center for Geriatrics and Gerontology) разработали новый метод диагностирования болезни Альцгеймера с пом

В Саудовской Аравии ученые впервые телепортировали энергию Солнца Ученые из Университета науки и технологий в Саудовской Аравии нашли способ конвертации энергии инфракрасного излучения, испускаемого нагретой солнечными лучами Землей, в энергию электрическ

Программист из США возродил легендарный плеер WinAmp в браузере Разработчик из США Джордан Элдредж возродил легендарный медиаплеер Winamp в браузерной эмуляции.