Proveržis genetikoje: stulbinančiu tikslumu atskleistos DNR kilpos

Nepaisant daugybės pasiekimų genetikos srityje, kai kurie procesai, vykstantys mūsų DNR, vis dar lieka paslaptimi. Tačiau Europos molekulinės biologijos laboratorijos (EMBL) mokslininkams pavyko atskleisti, kaip žmogaus ląstelė įamžina procesą, kurio metu chromosomos sudaro kompaktišką X formos struktūrą su dviem lazdelės formos kopijomis, ruošdamasi pernešti jas į dukterines ląsteles ląstelių dalijimosi metu. Šis kovo 24 dieną paskelbtas tyrimas leidžia detaliau nei bet kada anksčiau stebėti, kaip formuojasi DNR kilpos.

Tyrimo tikslas

Tyrimą inicijavo Norvegijos mokslo ir technologijų universiteto (NTNU) profesorius ir EMBL mokslininkas Kai‘us Beckwithas, kuris siekė išspręsti kondensinų struktūros mutacijų problemą.

Kondensinai yra dideli baltymų kompleksai, kurie prisijungia prie DNR ląstelių dalijimosi metu ir formuoja įvairaus dydžio DNR kilpas. 

Šios mutacijos gali sukelti sunkias chromosomų segregacijos klaidas ar net ląstelių mirtį, vėžio atsiradimą bei retus vystymosi sutrikimus, vadinamus „kondensino patologijomis“.

Iki šiol buvo sunku stebėti, kaip šis kilpavimo procesas vyksta ląstelių lygyje ir kaip jis veikia chromosomų struktūrą. To priežastis yra ta, kad aukštos raiškos DNR vizualizavimo metodai dažnai naudoja chemines medžiagas ir aukštas temperatūras, kurios gali pažeisti DNR natūralią struktūrą.

Aukštos raiškos chromatino sekimo metodas

K. Beckwithas ir jo kolegos, naudodami naujausią metodą, kruopščiai pašalino vieną DNR giją ląstelėse, esančiose įvairiuose ląstelių dalijimosi etapuose. Tuo pačiu jie išlaikė nepažeistą chromosomų struktūrą. 

Šis metodas leido taikyti tikslinius DNR prisijungimo žymeklių komplektus ir stebėti atidengtos DNR gijos nanomasto struktūrą.

Inovatyvi technika, pavadinta „LoopTrace“, suteikė mokslininkams galimybę tiesiogiai stebėti DNR ląstelėse dalijimosi metu, kai ji palaipsniui formavo kilpas ir klostes. Ji taip pat leido geriau suprasti, kaip DNR buvo sulankstyta kondensino kompleksų.

Nauji atradimai

Po šio atradimo tyrėjai nustatė, kad DNR formuoja kilpas dviem etapais ląstelių dalijimosi metu. 

Pirmiausia sukuriamos stabilios didelės kilpos, kurios vėliau suskaidomos į mažesnes, pereinamas lizdines kilpas. 

Kiekviename etape šios kilpos tampa vis suspaustesnės, o šį procesą skatina dvi kondensino baltymų rūšys.

Mokslininkai taip pat suprato, kad kondensino sukeltos kilpos yra daug didesnės, nei buvo manoma anksčiau.

Galų gale, naujas chromatino sekimo modelis, pagrįstas persidengiančių kilpų struktūra ilgose DNR molekulėse, patvirtino, kad fizinis šių kilpų atstūmimas yra pakankamas, kad jos susidėtų ir sukurtų lazdelės formos chromosomas, matomas po mikroskopu.