Nová studie odhaluje, jak DNA zapadá do buňky

Mapa 3-D struktury lidského geonomu ukazuje, že klíčové je fraktální skládání.

Na základě nového třídimenzionálního pohledu v oblasti lidského genomu vědci řeší dlouhodobé biologické tajemství. To může vést k hlubšímu pochopení toho, jak geny fungují. Kromě období dělení, je lidská buňka s dvěma metry DNA zaseknutá v oblasti o šířce cca setiny milimetru. Výzkumníci jsou však v rozpacích z toho, jak buňky vůbec dokáží složit DNA, která je uspořádaná do 23 párů chromozomů uvnitř jádra, tak pevně bez jakéhokoli zamotání.

„Tato práce je opravdu vynikající, protože řeší problém, který tu je již delší dobu," říká fyzik a odborník přes polymery Gene Stanley z Bostonské univerzity. Jedním z důvodů, proč zůstalo skládání DNA takovým tajemstvím je, že vědcům chyběly nástroje potřebné k posouzení celého tvaru genomu. Dřívější studie byly zaměřené na tvar malých kousků DNA. V nové studii, společně Erez Lieberman - Aiden z Harvardu a MIT, Nynke L. van Berkum z Massachusettské univerzity lékařské fakulty ve Worcesteru a kolegové vyvinuli způsob, jak navzájem uzavřít kousky sousední DNA, zatímco by byli ještě v jádru. Po odstranění kousků a jejich sekvenování mohli vědci vypočítat, jak blízko byl každý kousek DNA k dalším kouskům a rekonstruovat 3-D tvar genomu.

„Naše technologie nám umožňuje klást opravdu zásadní otázky ohledně chromozómů," konstatoval spoluautor studie a molekulární biolog Job Dekker z Massachusettské univerzity lékařské fakulty ve Worcesteru. „Je to opravdu radikální zlepšení oproti předchozí technologii."

Při použití této metody pro lidské buňky výzkumníci zjistili, že genom má vysoce organizovanou strukturu. Malé kousky DNA jsou složené do kapičky a ty kapičky do větších kapiček a tak dále. Vědci uvádějí, že tato „kapička kapiček kapiček" je fraktální, což znamená, že je organizována do stejného vzorce bez ohledu na to, jak si to zvětšíte. Tento fraktální tvar je super hustý, ale nemá žádné uzly," zmiňuje Lieberman - Aiden. Dřívější studie Alexandra Grosberga, teoretického fyzika z New Yorské univerzity, jako první předpověděla fraktální strukturu složení DNA.

Nová analýza rovněž zjistila, že se genom rozděluje do dvou oddělení. Jedno z nich je tvořeno úseky DNA, která jsou aktivní a pracují. Druhá část je tvořena neaktivní DNA určenou pro skladování.

Budoucí práce s komplexnějšími sekvenčními daty mohou dokonce umožňovat výzkumným pracovníkům rozpoznat jednotlivé geny. Jedním z důvodů, proč se vědci tak soustředí na pochopení tvaru DNA je, že geny mohou být spuštěny a přerušeny rozsáhlými DNA prvky, které jsou spojeny dohromady při skládání. Když víme, které kousky DNA jsou blízko sebe ve složení, výzkumní pracovníci jsou schopni důkladněji pochopit, jak jsou geny regulovány. Např. špatné skládání může ve velkém měřítku narušit řádné genové regulace, což by mohlo vést k rakovině, uvádí Dekker.
„Teď když známe strukturu, můžeme si položit otázky typu - Proč to takto vypadá?"

Dekker chce porozumět tomu, jak se gen a regulační prvek navzájem najdou v tak husté kapičce. „My prostě nevíme" odpovídá.
Vědci ještě nevědí, zda tento vzorec skládání platí i pro různé buňky. Dekker říká, že tam může být „obrovské množství variant."

Autor: Dina Velichová
Zdroj:
http://www.sciencenews.org/view/generic/id/48166/title/New_view_reveals_how_DNA_fits_into_cell