Разработана объемная модель человеческого генома

14.10.2009, 10:40

Над созданием объёмной модели человеческого генома работали учёные нескольких университетов США. Объёмная модель ДНК позволит лучше изучить функции двойной спирали и то, как она приобретает свою необыкновенно сжатую форму внутри ядра клетки.

"Всем известно, что ДНК представляет собой двойную спираль. Но как эта почти двухметровая цепь умещается в ядре, диаметр которого составляет сотые доли миллиметра? Выяснением этого вопроса мы и занялись", - рассказывает Эрез Либерман-Айден из Гарварда.

Достичь столь впечатляющего результата генетикам помог разработанный ими метод, который они сами называют Hi-C. Благодаря этой технологии учёным удалось исследовать положение всех генов, даже тех, что находятся очень близко друг к другу.

"Мы разбили геном на множество кусков, создали пространственную карту, показывающую, насколько близко отдельные части находятся друг к другу. Затем с помощью компьютера собрали всё воедино", - рассказывает в пресс-релизе Гарварда один из исследователей Нейнке ван Беркюм.

Близкие участки ДНК окрашены одним цветом. Хорошо видно, что в равновесной глобуле (вверху) части генома перепутаны в трёхмерном пространстве, а во фрактальной глобуле (внизу) с её иерархической структурой они и в объёме расположены близко друг к другу (иллюстрация Leonid A. Mirny, Maxim Imakaev).

В результате учёные сделали два основных вывода. Во-первых, человеческий геном "разбит" на два отсека: в первом хранятся активные гены, во втором более плотно изолированы "ненужные" части ДНК. Более того между двумя частями происходит постоянный обмен включающимися и выключающимися генами.

"Клетка поступает очень умно, выставляя активные гены в особую зону, где они легкодоступны для белков и прочих веществ", - говорит другой исследователь Джоб Деккер.

Второй вывод: геном представляет собой "фрактальную глобулу" (fractal globule). Эта структура позволяет:

  • упаковать ДНК невероятно компактно: плотность информации в ядре примерно в триллионы раз выше, чем в среднестатистическом компьютерном чипе;
  • избежать образования узлов или запутанных фрагментов, которые бы помешали нормальной работе ДНК;
  • быстро складываться и раскладываться геному во время активации и репрессии генов, репликации клетки.

Проредив картинку, ученые увидели разумность природного подхода ещё больше (иллюстрация X. Robert Bao, Leonid A. Mirn, Maxim Imakaev).

Отметим, что ранее считалось, будто ДНК упакована в виде "равновесной глобулы" (equilibrium globule). Однако это конфигурация легко образует множество узлов. Фрактальная же глобула, которую теоретически предсказали около 20 лет назад, в живой природе никогда раньше не наблюдалась.

Кстати, в дальнейшем учёные планируют разглядеть геном в ещё больших подробностях (пока достигнуто разрешение вплоть до одного миллиона пар оснований).

По материалам: МЕМБРАНА

Наиболее просматриваемые статьи: