Ett team av forskare vid University of California, San Francisco (UCSF) har upptäckt ett nytt förhållande mellan tidpunkten för DNA-replikation och hur gener viker sig in i 3D-strukturer inuti cellkärnan. Detta fynd kan ha viktiga konsekvenser för att förstå hur genomet är organiserat och reglerat, och för att utveckla nya behandlingar för sjukdomar orsakade av DNA-skador.

Studien, publicerad i tidskriften Nature Genetics, fann att gener som replikeras tidigt i cellcykeln är mer benägna att bilda kompakta, vikta strukturer, medan gener som replikeras sent är mer benägna att bilda öppna, utökade strukturer. Denna skillnad i veckning verkar vara relaterad till aktiviteten hos ett protein som kallas CTCF, som är känt för att spela en roll för att organisera genomet i loopar.

"Våra fynd tyder på att tidpunkten för DNA-replikation kan vara en viktig faktor för att bestämma hur gener viks och regleras i kärnan", säger studieledaren Davide Levens, PhD, professor i biokemi och biofysik vid UCSF. "Detta kan ha viktiga konsekvenser för att förstå hur genomet är organiserat och reglerat, och för att utveckla nya behandlingar för sjukdomar orsakade av DNA-skador."

Forskarna gjorde sin upptäckt med en ny teknik som kallas Hi-C, som gör det möjligt för forskare att mäta de fysiska interaktionerna mellan olika regioner i genomet. Med hjälp av Hi-C kunde de visa att gener som replikeras tidigt i cellcykeln är mer benägna att interagera med varandra och bilda kompakta, vikta strukturer, medan gener som replikeras sent är mer benägna att interagera med andra gener som ligger längre bort och bildar öppna, utsträckta strukturer.

Denna skillnad i veckning verkar vara relaterad till aktiviteten hos CTCF, som är ett protein som hjälper till att organisera genomet i loopar. CTCF-bindningsställen är vanligare i gener som replikeras tidigt i cellcykeln, och CTCF-bindning verkar krävas för bildning av kompakta, vikta genstrukturer.

"Våra fynd tyder på att CTCF kan spela en viktig roll för att organisera genomet i loopar och reglera genuttryck," sa Levens. "Detta kan ha viktiga konsekvenser för att förstå hur genomet regleras och för att utveckla nya behandlingar för sjukdomar orsakade av DNA-skador."

Forskarna tror att deras fynd kan ha viktiga konsekvenser för att förstå en mängd olika sjukdomar, inklusive cancer och neurodegenerativa sjukdomar. I cancer, till exempel, störs DNA-replikationen ofta, vilket kan leda till förändringar i genveckning och genuttryck som bidrar till utvecklingen av cancer.

"Våra fynd tyder på att tidpunkten för DNA-replikation kan vara en viktig faktor i utvecklingen av cancer och andra sjukdomar", säger Levens. "Vi hoppas att vår forskning ska leda till nya insikter om orsakerna till dessa sjukdomar och utveckling av nya behandlingar."