Forskare vid University of California, Berkeley, har gjort ett stort genombrott i vår förståelse av hur DNA är organiserat i cellen. Deras forskning, publicerad i tidskriften Nature, avslöjar att DNA inte bara är en lång, kontinuerlig molekyl, utan snarare är organiserad i en serie slingor som är förankrade till kärnmembranet.
Denna nya förståelse av DNA-organisation har viktiga implikationer för vår förståelse av hur gener regleras. Gener är specifika regioner av DNA som kodar för proteiner, och sättet som DNA loopas och förankras avgör vilka gener som är tillgängliga för det cellulära maskineriet som läser och transkriberar dem.
"Detta är ett stort paradigmskifte i vår förståelse av hur DNA är organiserat", säger studiens huvudförfattare Erez Lieberman Aiden. "Vi brukade tänka på DNA som en lång, linjär molekyl, men nu vet vi att det faktiskt är en mycket organiserad struktur som är avgörande för genreglering."
Forskarna använde en teknik som kallas Hi-C för att kartlägga interaktionerna mellan olika DNA-regioner. Hi-C innebär att bryta upp DNA:t i små fragment, sedan sekvensera fragmenten och analysera hur de är sammanlänkade.
Hi-C-data avslöjade att DNA är organiserat i en serie slingor som är förankrade till kärnmembranet. Slingorna varierar i storlek från några tusen baspar till flera miljoner baspar, och de är organiserade i en hierarkisk struktur.
De största looparna kallas topologiska domäner och de innehåller flera mindre loopar som kallas subdomäner. Underdomänerna är vidare uppdelade i ännu mindre slingor som kallas kontaktdomäner.
Forskarna fann att organiseringen av DNA i loopar är avgörande för genreglering. Slingorna sammanför regulatoriska element, såsom promotorer och förstärkare, med de gener som de kontrollerar. Detta gör att cellen kan kontrollera vilka gener som uttrycks och när.
Den nya förståelsen för DNA-organisation kan leda till nya insikter om en mängd olika sjukdomar, inklusive cancer och utvecklingsstörningar. Genom att förstå hur DNA är organiserat kan forskare utveckla nya terapier som riktar sig mot specifika gener eller regulatoriska element.
"Denna forskning öppnar upp ett helt nytt studieområde inom genetik," sa Aiden. "Vi börjar nu förstå hur den fysiska organisationen av DNA påverkar genuttryck och cellulär funktion."
