Архитектор сворачивания генома

Молекула не обнажена в ядре. Вместо этого он очень организованно сворачивается с помощью различных белков, чтобы установить уникальную пространственную организацию генетической информации. Эта трехмерная пространственная организация генома является фундаментальной для регуляции наших генов и должна быть установлена ​​de novo каждым человеком на раннем этапе эмбриогенеза. Исследователи из Института иммунобиологии и эпигенетики во Фрайбурге в сотрудничестве с коллегами из Института Фридриха Мишера в Базеле теперь раскрывают пока неизвестную и критическую роль белка HP1a в реорганизации трехмерного генома после оплодотворения. Исследование опубликовано в научном журнале. идентифицирует HP1a как эпигенетический регулятор, который участвует в установлении глобальной структуры генома у ранних эмбрионов .


Информация о геноме человека кодируется примерно 3 миллиардами пар оснований ДНК и упакована в 23 пары хромосом. Если бы все можно было распутать и выровнять линейно, они были бы тонкой нитью длиной около 2 метров. Молекула ДНК должна быть тщательно упакована, чтобы поместиться внутри ядра, размер которого находится в диапазоне микрометров. «Нить ДНК не просто вставлена ​​в ядро ​​клетки. Вместо этого она сложена очень организованным образом, чтобы гарантировать, что различные части генома, иногда на расстоянии нескольких тысяч пар оснований друг от друга, могут взаимодействовать друг с другом для соответствующих функций генов», говорит Никола Иовино, руководитель группы Института иммунобиологии и эпигенетики во Фрайбурге.

Частью этой упаковки являются гистоновые белки, действующие как катушки, вокруг которых наматывается ДНК и, таким образом, уплотняется. Этот комплекс ДНК и белков называется хроматином. Таким образом, хроматин является основой для дальнейшей упаковки генетического материала в хромосомы, структура которых в основном известна своей характерной крестообразной формой. Сами хромосомы занимают отдельные позиции в ядре, известные как хромосомные территории, которые также обеспечивают эффективную упаковку и организацию генома.

Полный механизм, способствующий этой организации трехмерного хроматина, остается неизученным. Теперь лаборатория Никола Иовино в MPI во Фрайбурге в сотрудничестве с Лукой Джорджетти из Института Фридриха Мишера в Базеле (Швейцария) смогла показать фундаментальную роль гетерохроматинового белка 1a (HP1a) в реорганизации трехмерного хроматина. структура после внесения удобрений. Объединив мощную генетику дрозофилы с трехмерным моделированием генома, они обнаружили, что HP1a необходим для установления правильной трехмерной структуры хроматина на нескольких иерархических уровнях во время раннего эмбрионального развития.

Ранние эмбрионы как модель для изучения репрограммирования хроматина

На степень упаковки, а также на соответствующую активность гена влияют эпигенетические модификации. Это небольшие химические группы, которые установлены на гистонах. «Белки, которые осуществляют эти эпигенетические модификации, можно рассматривать как записывающие, стирающие или считывающие данные данной эпигенетической модификации. Мы обнаружили, что считывающий белок HP1a необходим для установления структуры хроматина во время раннего эмбрионального развития у дрозофилы», — говорит Фидес Зенк. , первый автор исследования.

Раннее представляет собой особенно интересное временное окно для изучения процессов, управляющих организацией хроматина. При оплодотворении две высокоспециализированные клетки — сперматозоид и яйцеклетка — сливаются. Образовавшаяся тотипотентная зигота в конечном итоге даст начало всем различным клеткам тела. Интересно, что большинство эпигенетических модификаций, которые формируют хроматин, стираются и должны быть установлены de novo. У дрозофилы лаборатория Никола Иовино ранее показала, что после оплодотворения хроматин подвергается серьезным событиям реструктуризации. Таким образом, это идеальная модельная система для изучения процессов, лежащих в основе установления структуры хроматина.

De novo создание трехмерной архитектуры генома

Когда зиготы активируется впервые после оплодотворения, он запускает глобальную реорганизацию трехмерного хроматина de novo, включая кластеризацию сильно уплотненных областей вокруг центромеры (перицентромеры), складывание плеч хромосом и сегрегацию хромосом на активные и неактивные отсеки. «Мы определили HP1a как важный эпигенетический регулятор, необходимый для поддержания целостности отдельных хромосом, но также центральный для установления глобальной структуры генома в раннем эмбрионе», — говорит Никола Иовино.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments