Прошло почти 20 лет с тех пор, как человеческий геном был сначала секвенирован, но исследователи все еще мало знают о том, как геном складывается и организуется внутри клеток. Исследователи описывают новый метод, который может измерять положение каждого отдельного гена в ядре, чтобы построить трехмерную картину организации генома.

Ориентация пероксидазы хрена на ядерные пятна (зеленая) создает диффузное облако тирамидсодержащих молекул (красное), которое может маркировать соседнюю ДНК (синий). Последовательность ДНК может создать карту организации генома.

Расположение генов - например, они близки к краю или центру ядра, например, - может оказывать значительное влияние на их активность, и поэтому положение гена может меняться по мере того, как клетка развивается или становится больной.Исследователи могут исследовать положение отдельных генов с помощью микроскопа, но определение положения каждого гена в одно и то же время невозможно таким образом.

Юнь Чен, Эндрю Белмонт и коллеги из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн разработали технологию, называемую секвенированием усиления тирамидного сигнала (TSA-Seq), которая позволяет измерять расстояние каждого гена от конкретных ядерных ориентиров одновременно.Исследование проводилось в сотрудничестве с группой Цзянь Ма в Университете Карнеги-Меллона и с исследователями из Нидерландского онкологического института и Северо-западного университета Фейнбергской медицинской школы.

Техника TSA-Seq включает нацеливание на фермент - пероксидазу хрена - на конкретные ядерные структуры, такие как ядерная пластинка, которая окружает ядро ​​или содержащие белок гранулы, называемые ядерными пятнами, которые, как правило, находятся в центре ядра. Затем пероксидаза хрена генерирует высокореактивную молекулу, называемую тирамидом, которая может быть использована для маркировки любой ДНК в окрестности фермента. Чем ближе ген к ферменту, тем больше он будет помечен. Таким образом, когда исследователи впоследствии упорядочивают ДНК клеток, они могут подсчитать, насколько близко каждый ген относится к ядерной структуре, помеченной пероксидазой хрена.

«TSA-Seq - это первый метод генома, способный оценивать фактические расстояния генов от конкретных ядерных подкомпонентов», - говорит Чэнь.

Чен и его коллеги исследовали свой подход в клетках лейкемии и обнаружили, что гены, более близкие к ядерным пятнам, имеют тенденцию быть более активными, чем гены, более близкие к ядерной пластинке. Действительно, исследуя положение соседних генов, исследователи смогли проследить целые участки хромосом, которые зацикливались от ядерной периферии к пятнам в центре ядра. Функция ядерных спеклов неизвестна, но области хромосом, близкие к пятнам, по-видимому, являются «горячими зонами» активности генов.

«Логика этой ядерной организации еще предстоит определить, но наша модель предполагает, что движение хромосом всего в несколько сотен нанометров может иметь существенное функциональное значение», - говорит Белмонт. Небольшое смещение положения гена, так что оно находится близко к ядерному пятну, может быть достаточным для того, чтобы, например, резко увеличить активность гена.

Исследователи говорят, что техника еще нуждается в улучшении, но они надеются использовать TSA-Seq для сопоставления позиций генов в других типах клеток и изучения того, как эти позиции меняются, когда клетки развиваются или становятся больными.