Studiu: sistemele de transcriere modelează diferit mișcarea cromatinei în funcție de regiunea nucleară
O echipă internațională de cercetători condusă de Kazuhiro Maeshima de la Institutul Național de Genetică și SOKENDAI a analizat modul în care diferite sisteme de transcriere influențează mișcarea unor regiuni distincte ale cromatinei în celulele umane vii. Rezultatele au fost publicate în revista Cell Reports.
În interiorul nucleului celular, ADN-ul este înfășurat în jurul proteinelor histone pentru a forma nucleozomi, organizați la rândul lor în cromatină. Cromatina a fost împărțită în mod tradițional în eucromatină, activă din punct de vedere transcripțional, și heterocromatină, relativ inactivă. Nucleozomii se deplasează însă continuu în nucleu, iar această mișcare este strâns legată de organizarea fizică și de funcționarea genomului. Studiile anterioare au arătat că transcrierea poate influența mișcarea cromatinei, dar nu era clar dacă efectul este același în tot nucleul.
Două tehnologii combinate pentru urmărirea mișcării
Cercetătorii au combinat două metode. Prima este marcarea Repli-Histo, dezvoltată anterior de același grup, care distinge patru clase de cromatină: eucromatina din clasele IA și IB și heterocromatina din clasele II și III. Echipa a dezvoltat suplimentar un clasificator bazat pe învățare automată pentru a identifica aceste clase de cromatină în mod obiectiv. A doua tehnică este imagistica unui singur nucleozom, care le-a permis cercetătorilor să urmărească direct mișcarea nucleozomilor individuali în celulele vii.
Combinația celor două metode a arătat că mișcarea nucleozomilor devine progresiv mai restricționată pe măsură ce se trece de la eucromatină spre heterocromatină. De asemenea, rezultatele au indicat că transcrierea nu constrânge cromatina în mod uniform în întregul nucleu.
Polimeraze diferite restricționează regiuni diferite
Când activitatea ARN polimerazei II (Pol II), care transcrie majoritatea genelor ce codifică proteine, a fost inhibată cu trei inhibitori diferiți, mișcarea nucleozomilor a crescut în eucromatină, în clasele IA și IB. În mod surprinzător, o creștere a mișcării a fost observată și în heterocromatina din jurul nucleolilor. În schimb, heterocromatina de la periferia nucleară a prezentat puține modificări.
Echipa a examinat apoi ARN polimeraza I (Pol I), care produce ARN ribozomalii majori în interiorul nucleolilor. Inhibarea Pol I a produs un răspuns diferit: în loc să afecteze larg cromatina, a crescut selectiv mișcarea nucleozomilor într-o populație de heterocromatină de clasa III asociată nucleolilor, cu replicare tardivă.
„Dezvoltarea clasificatorului bazat pe învățare automată ne-a permis să distingem cele patru clase de cromatină Repli-Histo în mod obiectiv și reproductibil”, a declarat Ashwin de la Universitatea GITAM. „Aceste rezultate arată că transcrierea nu face pur și simplu cromatina mai dinamică sau mai puțin dinamică în întregul nucleu”, a spus Maeshima. „Diferite sisteme de transcriere par să impună constrângeri fizice asupra unor regiuni diferite ale cromatinei, în funcție atât de starea cromatinei, cât și de poziția lor în nucleu”, a explicat Minami.
Un mediu special în jurul nucleolilor
Rezultatele evidențiază și mediul special din jurul nucleolilor. Atât transcrierea prin Pol II, cât și cea prin Pol I influențează mișcarea cromatinei în această regiune, dar afectează clase diferite de cromatină. Acest lucru sugerează că cromatina asociată nucleolilor este eterogenă din punct de vedere fizic și este modelată de multiple mecanisme dependente de transcriere.
Studiul oferă o nouă modalitate de a examina modul în care funcționarea genomului este cuplată cu comportamentul fizic al cromatinei în celulele vii. Prin combinarea marcării Repli-Histo, a învățării automate și a imagisticii unui singur nucleozom, abordarea poate distinge modul în care diferite procese nucleare acționează asupra unor medii specifice ale cromatinei, în loc să trateze genomul ca pe un polimer uniform.
