Forskare från Skoltech och deras kollegor har undersökt nervcellsreglering. Att öka kunskapen om regleringsmekanismer skulle kunna möjliggöra en bättre förståelse för hur den friska hjärnan fungerar och vad som går fel vid utvecklings- och onkologiska sjukdomar som är förknippade med regleringsfel. Studien är publicerad i tidskriften Nucleic Acids Research .
Med några få undantag innehåller alla celler i en organism samma DNA. Trots detta, även inom ett organ, finns det celler av olika typer som varierar mycket i hur de ser ut och beter sig. Nervvävnaden i hjärnan är till exempel sammansatt av neuroner, som överför signalerna, och de stödjande gliacellerna.
Sådan specialisering är resultatet av genreglering, dvs den selektiva aktiveringen och deaktiveringen av generna som kodas i DNA:t. Det kan inträffa både under en cells initiala utveckling och i en mogen cell.
En av huvudmekanismerna för genreglering bygger på tredimensionell struktur. Sättet som flera meter DNA per cellkärna viks i 3D-rymden gör det möjligt att slå på eller av vissa gener i ett visst skede av cellens liv eller för specifika celltyper.
Även bland neuroner finns det de av den excitatoriska och den något sällsyntare hämmande sorten, och dessa två raser av nervceller måste köra distinkta genetiska program:De kräver olika gener för att vara aktiva. Lämplig DNA-vikning är en nyckelmekanism som möjliggör detta.
Den exakta vikningen av DNA till 3D-former handlar om att bygga slingor på alla rätt ställen. Detta görs av dedikerade proteiner som interagerar med vissa gener som är nödvändiga för att korrekt struktur ska uppstå. Om det finns ett problem med dessa gener, felveckar cellen sitt DNA, vilket leder till störd genreglering, vilket kan orsaka sjukdom.
Till exempel är en dåligt reglerad gliacell som delar sig mycket oftare än den är tänkt att vara en cancercell. Vissa utvecklingsstörningar är också kopplade till felaktig rumslig struktur av DNA. Ett exempel är Cornelia de Langes syndrom, en allvarlig sjukdom som kännetecknas av många fysiologiska och kognitiva avvikelser.
"Vår forskning främjar vår förståelse av sådana sjukdomar och av hur genreglering fungerar i friska celler", säger Ilya Pletenev, huvudförfattare till studien och en Skoltech Ph.D. student i livsvetenskap.
"I den här studien visade vi att generna som en neuron behöver vara borta tenderar att vara nära varandra i rymden, även om de kan ha varit långt borta om du skulle räta ut DNA:t till en lång endimensionell sträng Vi tror att detta förmodligen gör det lättare för repressorproteiner att stänga av dessa gener i stort.
"Vi visade också att DNA från neuroner och gliaceller bildar slingor på olika ställen. Dessutom är det generna som är viktiga för celltypen i fråga som tenderar att samlas vid basen av en loop, vilket möjligen gör det lättare för aktivatorn. proteiner för att samtidigt slå på dem."
Mer information: Ilya A Pletenev et al, Omfattande polykaminteraktioner på lång räckvidd och svag kompartmentalisering är kännetecken för det mänskliga neuronala 3D-genomet, Nucleic Acids Research (2024). DOI:10.1093/nar/gkae271
Journalinformation: Nukleinsyraforskning
Tillhandahålls av Skolkovo Institute of Science and Technology
