Un nou „microscop computațional” simulează ambalarea ADN-ului la o scară de peste zece ori mai mare
O echipă internațională de cercetători a dezvoltat OpenCGChromatin, un instrument care funcționează ca un „microscop computațional” și permite simularea modului în care cromatina se pliază, cum interacționează componentele sale și ce forțe mențin structurile sale unite, potrivit unui studiu publicat în Nature Communications.
ADN-ul din celule se înfășoară în jurul proteinelor numite histone pentru a forma nucleozomi, care se organizează în cromatină. Această organizare ajută la compactarea materialului genetic în nucleu și influențează cât de ușor pot fi citite genele și reparat ADN-ul. Înțelegerea modului în care cromatina se modifică necesită studierea mișcărilor și interacțiunilor moleculare care sunt dificil de captat experimental.
Instrumentul combină o reprezentare detaliată a ADN-ului și proteinelor cu o eficiență computațională sporită. Acest lucru permite cercetătorilor să studieze sisteme de cromatină de peste zece ori mai mari decât cele accesibile modelelor anterioare, la o rezoluție comparabilă, inclusiv ansambluri care conțin sute de nucleozomi, unitățile de bază ale ambalării ADN-ului.
Simulările reproduc observații din microscopie și din experimente biochimice, dezvăluind totodată mișcări ale regiunilor flexibile ale histonelor care sunt dificil de rezolvat experimental.
„Provocarea este să conectăm interacțiunile dintre moleculele individuale cu comportamentul unor porțiuni mult mai mari de cromatină. Acest instrument ne permite să studiem ambele în același cadru și să înțelegem cum modificările moleculare mici pot altera ambalarea ADN-ului”, a declarat dr. Modesto Orozco, șeful Laboratorului de Modelare Moleculară și Bioinformatică de la IRB Barcelona, cercetător ICREA Academia și profesor la Universitatea din Barcelona, care a co-condus studiul.
„OpenCGChromatin a fost inspirat de lucrările experimentale frumoase de criomicroscopie electronică ale grupului profesorului Michael Rosen de la UT Southwestern Medical Center și Howard Hughes Medical Institute, care au co-condus acest studiu împreună cu noi”, a declarat profesoara Rosana Collepardo-Guevara de la Universitatea din Cambridge, care a co-condus studiul.
„Ceea ce a realizat Kieran Russell, primul autor al acestui studiu, este remarcabil. A împins stadiul actual al modelării cromatinei, permițându-ne să simulăm sisteme la o scară și un nivel de detaliu molecular care erau anterior de neatins. Putem acum conecta compoziția chimică a cromatinei cu organizarea sa la diferite scări — de la interacțiuni moleculare la structuri de dimensiunea genelor și condensate biomoleculare — rămânând în același timp strâns ancorați în experiment. Sunt foarte entuziasmată pentru că OpenCGChromatin deschide o gamă complet nouă de întrebări pe care le putem aborda acum computațional”, a declarat Collepardo-Guevara.
„Simulările ne ajută să înțelegem de ce modificarea spațierii dintre nucleozomi sau adăugarea de modificări chimice la histone poate face cromatina să se comporte diferit”, a explicat David Farré-Gil, de asemenea autor al lucrării.
OpenCGChromatin este disponibil ca software open-source, permițând altor cercetători să îl utilizeze pentru a investiga principiile fizice care stau la baza organizării genomului.
