Forskare vid Wistar Institute har avslöjat nya aspekter av genomets tredimensionella organisation, specifikt hur det genetiska materialet komprimeras och avkomprimeras i tid under de olika faserna av cellcykeln. Denna studie publicerades i Natur Strukturell &Molekylär Biologi .

"Vi har precis börjat inse att hur vårt genom är rumsligt organiserat i våra celler har en djupgående inverkan på dess funktion, "sade huvudförfattare till studien Ken-ichi Noma, Ph.D., docent i programmet för genuttryck och reglering på Wistar. "Att dechiffrera den tredimensionella strukturen för kromatin är avgörande för att förstå viktiga funktioner som transkription, DNA -replikering och reparation. "

Den genetiska informationen som finns i var och en av våra celler kodas av flera meter värde av DNA -molekyler. En sådan enorm mängd genetiskt material packas in i ett mikroskopiskt utrymme genom att vika det till ett mycket organiserat komplex av DNA och proteiner som kallas kromatin. Även om det redan är kraftigt komprimerat, kromatin måste kondenseras ytterligare vid inträde i mitos, processen som delar upp varje cell i två identiska celler, för att troget separera det genetiska materialet. Precis som vi packar ihop hushållsartiklar i mindre lådor när vi flyttar in i ett nytt hus, det är lättare att flytta och dela upp DNA:t i form av komprimerade kromosomer. Denna process har varit känd i flera decennier, men de underliggande molekylära mekanismerna som styr kromatinkondensation och avkondensation är fortfarande dåligt definierade.

Noma -labbet har utförligt studerat mekanismerna för genomorganisation med hjälp av klyvjäst som modellorganism eftersom det delar några viktiga funktioner med mänskliga celler samtidigt som det har ett mycket mindre genom.

Noma och kollegor har tidigare beskrivit hur två proteinkomplex som kallas kondensin och kohesin förmedlar bildandet av funktionella genomorganiserande strukturer som kallas topologiska domäner genom att upprätta kontakter som för avlägsna DNA-regioner närmare varandra. Specifikt, cohesin förmedlar lokala kontakter, bilda små topologiska kromatindomäner, Kondensin driver kontakter med längre avstånd, organisera större domäner.

I den nya studien, labbet tillämpade liknande genomisk metodik för att dissekera kondens och avkondensering av kromatin i topologiska områden över tid, efter bildandet och sönderfallet av kromatinkontakter under de olika faserna av cellcykeln. De upptäckte att de större domäner som förmedlas av kondensin bildas under mitos, medan de mindre, lokala domäner som förmedlas av kohesin förblir stabila under hela cykeln.

"I motsats till vad som vanligtvis antogs inom området, vi finner att kondens och avkondensering av kromatindomänerna sker mycket gradvis och cellerna oscillerar smidigt mellan mer och mindre kondenserade kromatintillstånd, "sa författaren till studien Hideki Tanizawa, Ph.D., en associerad personalvetare i Noma -labbet.

Ändringar av genomets tredimensionella strukturer är kopplade till genetiska sjukdomar och cancer, presenterar ett kraftfullt exempel på hur grundläggande cellulära processer är relevanta för sjukdomar. "Fältet är fortfarande i en tidig upptäcktsfas men vår studie lägger till ny inblick i en grundläggande biologisk process som kan hjälpa till att utveckla nya terapeutiska strategier i framtiden, "tillade Noma.