Structuri cromozomiale ascunse dezvăluie o complexitate mai mare în organizarea ADN-ului la viermii cilindrici
Cercetătorii de la Universitatea din Basel au descoperit trei tipuri distincte de domenii cromozomiale mari care ajută la organizarea ADN-ului în nucleele celulare. Rezultatele, publicate în revista Nature Structural & Molecular Biology, aruncă o lumină nouă asupra modului în care materialul genetic este împachetat și organizat în celule.
Fiecare celulă din corpul uman conține aproximativ doi metri de ADN, înghesuiți într-un nucleu minuscul. Pentru ca celula să funcționeze, această cantitate uriașă de material genetic trebuie să rămână organizată și accesibilă. Este ca și cum ai împacheta un fir de pescuit care se întinde pe toată lungimea Elveției într-o roată de brânză Emmentaler, fără ca firul să se încurce.
„Știm că cromozomii nu sunt aranjați aleatoriu în interiorul nucleului”, explică profesoara Susan Mango. „Dar mult timp a existat un decalaj între ceea ce puteam vedea la microscop și ceea ce ne spuneau studiile moleculare despre organizarea ADN-ului.” În timp ce microscopia releva structuri distincte asemănătoare unor mici cartiere, studiile moleculare identificau două principii majore de organizare: domeniile de asociere topologică (TAD), în care porțiuni învecinate de ADN interacționează frecvent, și compartimente mai mari în care TAD-urile sunt grupate împreună.
Cercetătorii au investigat modul în care cromozomii sunt organizați în timpul dezvoltării embrionare timpurii la viermele cilindric C. elegans. Cheia a fost examinarea moleculelor individuale de ADN, una câte una. Studiile anterioare sugerau că, spre deosebire de vertebrate, TAD-urile lipseau în mare măsură la C. elegans. Totuși, aceste studii se bazau pe măsurători mediate pe mii de molecule de ADN, ceea ce putea ascunde structurile individuale.
Prima autoare Dania Camila Pulido-Barrera a adoptat o abordare diferită. Folosind o tehnică de microscopie numită trasare a cromatinei, ea a examinat molecule individuale de ADN și le-a grupat în funcție de modelele lor de pliere tridimensională. „Când mediezi mii de molecule de ADN împreună, diferențele importante pot dispărea”, explică Pulido-Barrera. „Privind moleculele individuale, am putut descoperi structuri care rămăseseră anterior ascunse.”
Cercetătorii au identificat trei tipuri distincte de domenii cromozomiale mari în interiorul heterocromatinei, regiunile dens împachetate ale genomului. Aceste domenii diferă nu doar prin structura lor tridimensională, ci și prin mecanismele prin care se formează. Un tip seamănă îndeaproape cu TAD-urile găsite la vertebrate. Un altul găzduiește un set de gene esențiale pentru producerea ribozomilor, fabricile care produc proteinele din celule. Acest domeniu, numit „5S eICID”, este distinct de nucleolul bine cunoscut și se comportă diferit față de domeniile TAD.
„Marea surpriză a fost diversitatea”, spune Pulido-Barrera. „Am descoperit moduri diferite în care aceste regiuni mari de ADN pot fi organizate în interiorul nucleului celular.” Descoperirile contestă presupunerea anterioară că C. elegans nu are domenii mari, clar definite, asemănătoare TAD-urilor pe autozomii săi. De asemenea, ele sugerează că principiile fundamentale ale organizării cromozomilor sunt mai răspândite în regnul animal decât se credea anterior.
Următorul pas este investigarea funcțiilor pe care le îndeplinesc aceste structuri. „Acum știm că aceste domenii diferite există. Dar marea întrebare este ce funcție au”, explică Mango. „Ce se întâmplă când le perturbăm? Și cum afectează acest lucru reglarea genelor?” Echipa de cercetare va folosi tot organismul model C. elegans pentru aceste investigații, întrucât studiul Pulido-Barrera a arătat că este bine adaptat pentru abordarea unor astfel de întrebări.
