УЧЕНЫЕ СКОЛТЕХА РАСКРЫЛИ УНИКАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ «УПАКОВКИ» ДНК В НЕЙРОНАХ МОЗГА
24 мая 2024
Автор: Мария Молодова
Группа исследователей из Сколтеха под руководством Е. Храмеевой изучила особенности трехмерной «упаковки» ДНК в клетках мозга. Оказалось, что пространственная структура ДНК в клетках разных типов значительно различается и обеспечивает их правильное функционирование. Также учёные выявили уникальный для нейронов механизм отключения «ненужных» генов. Исследование раскрывает новые аспекты регуляции нервной системы.
Введение
В клетках работа генов регулируется многими механизмами, в том числе способом «упаковки» ДНК в трехмерном пространстве ядра. Внутри ядра длинная молекула ДНК поэтапно свернута в компактные структуры: петли, «клубочки» (домены), хромосомы. В клетках разных типов петли и «клубочки» формируются в разных местах, что делает возможным включение и выключение строго определенных генов. А нарушение этого процесса приводит к тяжёлым наследственным заболеваниям.
Чтобы изучить «упаковку» ДНК, исследователи собрали образцы тканей человеческого мозга из верхней височной извилины и выделили ядра из клеток. После этого отдельно «отсортировали» ядра нейронов и глиальных, «вспомогательных», клеток и специальным методом Hi-C получили карту пространственных взаимодействий ДНК.
Оказалось, что трехмерная организация ДНК значительно отличается в нервных и глиальных клетках. ДНК в последних имеет более четкое пространственное разделение на активные и неактивные регионы. В то же время в нейронах «массовое» отключение «ненужных» генов происходит совершенно по-другому. Исследователи впервые показали, что ДНК в нейронах формирует очень длинные петли — иногда даже между участками на разных хромосомах. В основании этих петель «собраны» вместе неактивные гены-регуляторы развития, а также «сидят» белки-репрессоры группы Polycomb. Как предполагают исследователи, именно такой способ «упаковки» ДНК позволяет репрессорам эффективно отключать «ненужные» гены в нейронах.
Активация генов в нейронах и глиальных клетках тоже опосредована образованием петель, но уже более коротких. В каждом из типов клеток формируются «свои» петли, сближающие в пространстве активные гены со специальными регуляторными последовательностями ДНК (энхансерами), на которые «садятся» белки-активаторы. Кроме этого, в нейронах активные гены располагаются «группами», собираясь в пределах одного «клубочка» или в основании коротких петель. Такая пространственная организация, предположительно, помогает белкам-активаторам одновременно включать группу генов.
«В нейронах с помощью длинных петель зарепрессированы гены, отвечающие за развитие клеток. Мы предполагаем, что это важно для правильного формирования нейронов из клеток-предшественников. Продолжение наших исследований поможет лучше понять развитие нервной системы», — комментирует первый автор статьи Илья Плетенев.
Чтобы изучить «упаковку» ДНК, исследователи собрали образцы тканей человеческого мозга из верхней височной извилины и выделили ядра из клеток. После этого отдельно «отсортировали» ядра нейронов и глиальных, «вспомогательных», клеток и специальным методом Hi-C получили карту пространственных взаимодействий ДНК.
Оказалось, что трехмерная организация ДНК значительно отличается в нервных и глиальных клетках. ДНК в последних имеет более четкое пространственное разделение на активные и неактивные регионы. В то же время в нейронах «массовое» отключение «ненужных» генов происходит совершенно по-другому. Исследователи впервые показали, что ДНК в нейронах формирует очень длинные петли — иногда даже между участками на разных хромосомах. В основании этих петель «собраны» вместе неактивные гены-регуляторы развития, а также «сидят» белки-репрессоры группы Polycomb. Как предполагают исследователи, именно такой способ «упаковки» ДНК позволяет репрессорам эффективно отключать «ненужные» гены в нейронах.
Активация генов в нейронах и глиальных клетках тоже опосредована образованием петель, но уже более коротких. В каждом из типов клеток формируются «свои» петли, сближающие в пространстве активные гены со специальными регуляторными последовательностями ДНК (энхансерами), на которые «садятся» белки-активаторы. Кроме этого, в нейронах активные гены располагаются «группами», собираясь в пределах одного «клубочка» или в основании коротких петель. Такая пространственная организация, предположительно, помогает белкам-активаторам одновременно включать группу генов.
«В нейронах с помощью длинных петель зарепрессированы гены, отвечающие за развитие клеток. Мы предполагаем, что это важно для правильного формирования нейронов из клеток-предшественников. Продолжение наших исследований поможет лучше понять развитие нервной системы», — комментирует первый автор статьи Илья Плетенев.
ПОДЕЛИТЕСЬ В СОЦСЕТЯХ!
Мессенджеры
Отправляйте нам! Узнайте подробнее в мессенджерах или напишите нам на сайте
Задать вопрос на сайте
У ВАС ЕСТЬ МАТЕРИАЛЫ, КОТОРЫМИ ВЫ ХОТЕЛИ БЫ ПОДЕЛИТЬСЯ?
Задайте свой вопрос в поле ниже:
