Анализ отдельных хромосом выявил скрытые домены хроматина у нематоды

Группа учёных под руководством Сьюзан Манго (Susan E. Mango) из Биозентрума Базельского университета описала три ранее неизвестных типа крупных хроматиновых доменов в ранних эмбрионах нематоды Caenorhabditis elegans. Открытие стало возможным благодаря хроматиновой трассировке — методу, позволяющему визуализировать структуру ДНК на уровне отдельных молекул, а не в усреднённом сигнале от тысяч клеток. Работа опубликована в журнале Nature Structural & Molecular Biology.

Почему усреднение скрывало структуру хромосом

До недавнего времени большинство исследований упаковки ДНК опирались на методы, которые суммируют сигнал от множества клеток. Это позволяет находить типичные, повторяющиеся структуры, но стирает редкие или неоднородные конформации. Авторы пошли иным путём: они пометили флуоресцентными метками (ДНК-FISH) участки хромосом C. elegans размером около 100 тысяч пар оснований и отследили их укладку более чем в 5 000 отдельных хромосомных трассировках.

Результат оказался неожиданным. Среди всего многообразия наблюдаемых конформаций выделились семь чётких групп; три из них содержали крупные домены размером около одного миллиона пар оснований с выраженными границами. Индекс изоляции в этих границах был примерно в четыре раза выше среднего — признак того, что соседние участки хроматина действительно разделены, а не просто реже взаимодействуют случайно.

Три типа доменов с разными механизмами

Команда описала три вида крупных гетерохроматиновых доменов, отличающихся по молекулярной природе:

• TADL (топологически ассоциированные домены, крупные) — зависят от конденсина I; этот белковый комплекс активно формирует петли ДНК и необходим для сегрегации хромосом при делении клетки
• elCID (крупные домены взаимодействия хроматина) — образуются независимо от конденсина; их границы совпадают с участками, несущими метку гистона H3K36me3, которая обычно маркирует активно транскрибируемые гены
• 5SL elCID — особый подтип elCID, содержащий гены 5S рРНК и SL-повторы; пространственно отделён от ядрышка, хотя оба связаны с рРНК

Два наиболее часто встречающихся кластера конформаций составляют около 20% всех трасс, и принципиально важно, что они никогда не наблюдались одновременно в одной хромосоме — значит, речь идёт об альтернативных состояниях упаковки, а не о случайных вариациях.

Что это означает для понимания организации генома

Авторы подчёркивают, что найденные домены специфичны для раннего эмбриогенеза C. elegans и не должны напрямую переноситься на хромосомы человека без отдельной проверки. Геном нематоды организован принципиально иначе, чем геном млекопитающих, поэтому обнаруженные закономерности — это прежде всего указание на то, что традиционные популяционные методы упускают реальное разнообразие хроматиновых состояний в живой клетке.

Читайте также: Биологи изучили генетические конфликты, ускоряющие эволюцию важных белков.

Исследование показывает, что ДНК внутри ядра принимает несколько различимых и физически значимых форм укладки, причём механизмы формирования этих состояний различаются. Подобная многовариантность, скрытая от усредняющих методов, может оказаться общим свойством хроматина в самых разных организмах.