Вчені з Кембриджського університету створили першу 3D-модель геному живої клітини. Подвійні спіралі ДНК, що несуть генетичну інформацію, мають в ядрі в дуже компактну і складну структуру, розуміння якої може допомогти боротися з багатьма хворобами.
Якщо витягнути ДНК з усіх хромосом однієї людської клітини, вийде нитка довжиною близько 2 метрів. Однак нитки подвійних спіралей покладені так компактно, що 23 пари хромосом поміщаються в ядрі, яке не розгледіти без мікроскопа. Від того, яким чином ДНК вкладається в цю компактну структуру, залежить активність окремих генів, а значить - здоров'я всього організму. Щоб на основі інформації, записаної в ДНК, синтезувалися потрібні організму білки, просторовий доступ до генів не повинен бути ускладнений. Тому в хромосомі нитка ДНК, по-перше, повинна максимально компактно згорнутися, а по-друге залишити відкритими всі ділянки, що містять важливі кодуючі послідовності.
Ці дві задачі, що суперечать один одному, вирішуються за рахунок некольких рівнів просторової організації ДНК: подвійна спіраль з нуклеотидів намотується на особливі білки-гістони, що грають роль бобін, або котушок. Такі «котушки» з ділянок ДНК, намотаних на гістони, називаються нуклеосомами. Нуклеосоми складаються впритул один до одного, але не рівними стосами, а з невеликим розворотом, чому вся конструкція нагадує спіраль. Такі спіралі називають фібрилами. У свою чергу, фібрили вкладаються в компактну безформну структуру, утворюючи хромосому, а хромосоми щільно прилягають один до одного, щоб поміститися в ядрі клітини.
Використовуючи технології візуалізації та результати понад сотні тисяч вимірювань, вченим з Кембриджу вдалося створити першу в історії 3D-модель ДНК всередині ядра живої клітини (використовувалися стовбурові клітини мишачих ембріонів). Хрестоматійну Х-подібну форму хромосоми приймають тільки тоді, коли клітина готується до поділу, а більшу частину життя ДНК проводить у формі ось такої нерівної кульки (різними кольорами на відео показані окремі хромосоми).
У другому відео кольором показані активні і неактивні ділянки ДНК: на блакитних ділянках знаходяться гени, які активно експресуються, а ділянки хромосом, пофарбовані в жовтий, взаємодіють з внутрішньою стороною ядерної мембрани.
Помилки укладання ДНК в ядрі призводять до порушення експресії генів; зокрема, такі помилки супроводжують процес перетворення здорової клітини на ракову. Тому генетики прагнуть зрозуміти, як організована складна просторова структура геному, і навчитися виправляти помилки.
Детально методика візуалізації та процес створення 3D-моделі описані в статті, опублікованій в журналі Nature.