Inrymt i kärnan, kromatin består av tätt packat DNA och proteiner. En form av kromatin, heterokromatin har visat sig svårt att avbilda på grund av dess flexibilitet och mycket små storlek. Upphovsman:Yoshimasa Takizawa/OIST
I årtionden, forskare kunde bara spekulera om heterokromatins form, en typ av kromatin som består av tätt packat DNA och proteiner. Nyligen, dock, forskare från Okinawa Institute of Science and Technology, Graduate University (OIST) och Waseda University har kunnat definiera dess struktur tack vare nya, högkontrastavbildning i kryo-elektronmikroskopi. Deras arbete visas i januari i tidningen Molekylär cell .
Den nya forskningen visar att fast tätt packad, heterokromatin är kanske mindre tät än man tidigare trott. Heterokromatinet består av nukleosomer-rullformade buntar av DNA och protein-och är anslutet med en kardborrliknande funktion som kallas "Heterochromatin Protein 1 (HP1)." Denna grundläggande egenskap gör att kroppen kan "låsa" gener så att de inte kan transkriberas.
"Livet som vi känner det bygger på dessa principer, "sade Matthias Wolf, en av de ledande författarna till tidningen och chef för Molecular Cryo-Electron Microscopy Unit vid Okinawa Institute of Science and Technology, Graduate University (OIST).
"Detta arbete är ett exempel på ett mycket fruktbart samarbete, som inte skulle ha varit möjlig av någon av forskargrupperna ensamma, "sa Hitoshi Kurumizaka, den ledande författaren till studien vid Waseda University. Där, tillsammans med Shinichi Machida, en biträdande professor vid Waseda och en första författare på tidningen, forskare renade framgångsrikt heterokromatin in vitro. Forskare vid OIST avbildade dessa prover i glasliknande amorf is, som innehåller hundratals bitar av heterokromatin, under ett kryo-elektronmikroskop.
Bestående av nukleosomer-rullformade buntar av DNA och protein-heterokromatin är ansluten med en kardborreliknande funktion som heter Heterochromatin Protein 1. Credit:Yoshimasa Takizawa/OIST
Med hjälp av en datoralgoritm för att klassificera enskilda partiklar efter typ, forskarna skär ut de partiklar som vetter i samma riktning. Sedan, de staplade dessa digitala utskärningar ovanpå varandra, genom att kombinera hundratals bilder för att skapa en tydligare bild. Wolf demonstrerade konceptet genom att lägga händerna ovanpå varandra.
"Om allt passar perfekt så är tummarna och alla fingrar i linje, " han sa, "och du får högre upplösning."
Baserat på dessa bilder, Wolf och hans kollegor skapade tredimensionella rekonstruktioner av heterokromatinet. På grund av strukturens flexibilitet, det var svårt att få en exakt uppfattning om dess form, sa Yoshimasa Takizawa, gruppledare för enheten och medförste författare på tidningen. Takizawa samlade hundratusentals bilder av enskilda partiklar för att få bättre upplösning.
"Vi blev förvånade över hur det såg ut, "sa han om heterokromatins form, "men detta kan överensstämma med andra funktioner, som bindningen av andra proteiner till exponerat DNA. "
I framtiden, forskarna hoppas kunna använda sin kunskap för att förstå strukturer av högre ordning, som hela strängar av nukleosomer.
