Nowatorskie metody pozwalają odkryć rolę chromatyny w ekspresji genów
Dla prof. Basa van Steensela, przewodniczącego Chromatic Genomics Group w Netherlands Cancer Institute, projekt CHROMATINPRINCIPLES miał za zadanie przede wszystkim zapewnić spojrzenie na tę kwestię z szerszej perspektywy. Podczas gdy społeczność naukowa wie dużo o interakcjach pomiędzy białkami chromatyny, jednak to, w jaki sposób są one zorganizowane w sieć, wciąż pozostaje tajemnicą. „Chromatyna jest bardzo złożona, ponieważ składa się z setek białek. To, w jaki sposób białka te współpracują ze sobą, aby tworzyć różne rodzaje chromatyny, jest słabo zrozumiałe. Ponadto musimy zrozumieć, w jaki sposób różne typy chromatyn kontrolują ekspresję genów” - powiedział prof. van Steensel. Innymi słowy, zespół musiał opracować lepsze narzędzia, które posłużyłyby do zbadania chromatyny i regulacji genów. Ich wcześniejsze badania nad muszkami owocówkami rzuciły trochę światła na główne rodzaje chromatyn. Jeden z nich, nowy represyjny typ chromatyny, który zawiera niemal połowę genomu muchy, zwany CZARNĄ chromatyną, wzbudził szczególne zainteresowanie. Jego wbudowane geny są nieaktywne – co sugeruje, że ten typ chromatyny pomaga hamować aktywność genu – i zazwyczaj znajdują się na krawędzi jądra (w laminie jądra), co wskazuje na to, że odgrywają rolę w organizacji przestrzennej genomu. Skupiając się na CZARNEJ chromatynie, zespół miał nadzieję zdobyć informacje o podstawowych mechanizmach, które sterują podziałem genomu na różne typy chromatyny. Jednakże problemy techniczne w komórkach muszki owocówki zmusiły zespół do skupienia się na ściśle powiązanym typie chromatyny w komórkach ssaków, znanych jako lamina associated domains (domeny powiązane z laminami - LAD). „Podobnie jak w przypadku CZARNEJ chromatyny muszek owocówek, uważa się, że LAD ssaków wstrzymują aktywność genów i również zlokalizowane są na krawędziach jądra. Opracowaliśmy nowe, ekscytujące metody wizualizacji i śledzenia LAD w żywych komórkach, a także mapowania kontaktów LAD w obszarze całego genomu w pojedynczych komórkach” - powiedział prof. van Steensel. W ramach projektu opracowano trzy główne metody: TRIP, służącą do integracji genu reporterowego, który może wykrywać lokalny wpływ chromatyn w całym genomie; SuRE, która umożliwiła zespołowi wygenerowanie katalogu wszystkich regionów ludzkiego genomu, który może sterować ekspresją genów w przypadku nieobecności kontekstu chromatynowego oraz TIDE, narzędzie sieciowe, które pomaga zainteresowanym naukowcom w badaniu edycji genomu za pomocą technologii CRISPR. Wyniki były znakomite: „Znaleźliśmy mocne dowody na to, że LAD wstrzymują aktywność genów” - mówi prof. van Steensel. „Zastosowane przez nas różne podejścia ukazały również, że kontakty LAD z laminą są wysoce dynamiczne i poddawane są rozległemu przetasowaniu przy każdym podziale komórki. Niemniej jednak w niemal każdej pojedynczej komórce istnieje podzbiór LAD, które są bardzo stabilnie zaczepione do laminy. Ich rolą może być pomoc w rozpoznawaniu chromosomów wewnątrz jądra. W końcu zidentyfikowaliśmy jedną modyfikację chromatyny w LAD, która sprzyja interakcjom laminy”. Teraz, gdy projekt został zakończony, zespół ma nadzieję, że wszystkie ustalenia projektu przyczynią się do zwiększenia naukowego zrozumienia regulacji genu oraz że metody, które opracowali, zostaną zaadaptowane i poddane dalszym modyfikacjom przez inne laboratoria. W międzyczasie prof. van Steensel otrzymał kolejny grant dla badaczy zaawansowanych ERC. Jego nowym celem jest dalsze odkrywanie interakcji pomiędzy genomem i laminą jądra, jak również opracowanie dodatkowych narzędzi, służących do manipulowania genomem na dużą skalę, aby odkryć, w jaki sposób sekwencja DNA steruje interakcjami z laminą jądra.
Słowa kluczowe
CHROMATINPRINCIPLES, chromatyna, czarna chromatyna, jądro, DNA, białka, ekspresja genów, LAD, CRISP, domeny powiązane z laminami
