Dna vouwt belangrijk voor het begrijpen van genoom


Dna vouwt belangrijk voor het begrijpen van genoom

In 2003 hebben wetenschappers de mapping van het menselijk genoom voltooid - ze hebben de volledige sequentie genetische letters bepaald die ons DNA vormen. Echter, we kennen nu de sequencing map, maar verklaart slechts deels hoe het genoom werkt en dat de manier waarop het DNA wordt gevouwen en verpakt om chromosomen te vormen, ook belangrijk is.

De onderzoekers hebben een gedetailleerde blik op hoe het gehele muis DNA in chromosomen wordt gevouwen en welke regio's preferentiële interactie met elkaar hebben.

In het afgelopen decennium blijkt uit studies van de ruimtelijke architectuur van chromosomen dat ze onderverdeeld zijn in "topologische domeinen" - delen van DNA die vaker in contact komen met hun buren in de sequentiekaart van het genoom.

Stel bijvoorbeeld de sequentiekaart van DNA voor als een lange ketting van kralen. Wanneer u de ketting om uw hand windt, worden sommige kralen die ver langs de ketting staan, dichter bij elkaar gebracht.

Het wordt duidelijk dat het vouwen en verpakken van DNA in chromosomen om binnen de kern van een cel past, is niet alleen een kwestie van efficiëntie. Chromosomen zijn zeer gestructureerde complexen van DNA en eiwitten georganiseerd om toegang te bieden tot genexpressie en DNA-verwerking.

Nu, een nieuw artikel gepubliceerd in het tijdschrift Moleculaire systemen Biologie Rapporteert hoe een internationaal team uitgebreide 3D-kaarten heeft gemaakt van de ruimtelijke organisatie van het muisgenoom, van embryonale stamcellen tot volledig ontwikkelde neuronen.

De wetenschappers, uit Duitsland, Italië, Canada en het Verenigd Koninkrijk, zijn van mening dat dergelijke kaarten zullen helpen bij het identificeren van genen die betrokken zijn bij erfelijke ziekten.

3D-kaarten van muisgenoom tonen interactie tussen domeinen

Studieleider Ana Pombo, een professor van het Max Delbrück Centrum in Berlijn-Buch, Duitsland, waar zij een groep studeert die de relatie tussen genactiviteit en DNA-vouwen bestudeert, legt het belang van de 3D-organisatie van DNA uit:

De complexe ruimtelijke vouwing van het DNA van de chromosomen beheert de activiteit van genen."

Het muisgenoom omvat 20 paar chromosomen, elk verpakt op een zeer geordende wijze in de kern van elke cel.

Voor de nieuwe studie was kennis over de architectuur van het muisgenoom beperkt tot de ruimtelijke structuur in en rond topologische domeinen. Maar dit heeft niet uitgelegd hoe de domeinen elkaar interageren en of dergelijke interacties belangrijk zijn voor de functie van de genen, merken de onderzoekers op.

Voor hun studie nam het team een ​​gedetailleerde blik op hoe het gehele muis DNA in de chromosomen wordt gevouwen en welke regio's bij voorkeur interactie hebben met elkaar.

Als een model onderzochten zij de ontwikkeling van de muisneuron, vanaf zijn begin als een embryonale stamcel, door het voorlopercel stadium tot zijn laatste fase als een gedifferentieerde neuron.

Voor elk van deze stadia van celontwikkeling analyseerden zij interactiekaarten - genaamd "Hi-C data" -kaarten - die tonen welke gebieden van gevouwen DNA in elk chromosoom in contact zijn.

'Regio's met soortgelijke functionele eigenschappen contacteren elkaar'

Met behulp van de Hi-C data-aanpak bouwde het team een ​​matrix van contacten voor elk van de 20 chromosomen in alle drie de celstadia van de muisneuron.

Uit de resultaten blijkt dat chromosoom domeinen bestaan ​​uit grotere "meta-domeinen" waarvan de vouw niet willekeurig is. Een belangrijke bevinding van de studie, zoals prof. Pombo verklaart:

Verschillende gebieden op een chromosoom komen samen omdat ze iets gemeen hebben. Regio's met vergelijkbare functionele eigenschappen contacteren elkaar, bijvoorbeeld genen die actief zijn of die geregeld zijn met hetzelfde mechanisme."

Ze zegt dat dit de eerste keer is dat ze kunnen aantonen dat er specifieke contacten plaatsvinden tussen domeinen die achtereenvolgens in chromosomen liggen.

Het team vertegenwoordigt deze interactie als een boomachtige hiërarchie van domeinen die laat zien welke regio's met elkaar in contact zijn.

Toen ze de boomdiagrammen van de drie stadia van neuronontwikkeling vergeleken - de embryonale stamcel, stamvadercel en gedifferentieerde cel - vonden ze de meeste langeafstandscontacten voort, maar andere regio's ontstonden nieuwe contacten op basis van gemeenschappelijke kenmerken.

Een van de eerste auteurs van de studie, zegt Dr. Markus Schüler, een onderzoeker in de groep van prof. Pombo, zegt:

"Veranderingen in genactiviteit correleerden met veranderingen in de ruimtelijke organisatie."

Dieper begrip van genetische oorzaken van ziekte

Het team is van mening dat hun kaart van contacten zal helpen om oorzaken van genetische ziekten te vinden. Het kan bijvoorbeeld helpen bij het vaststellen van veranderingen in de chromosoomstructuur die een rol spelen bij kanker, of het kan helpen bij het identificeren van genen achter aangeboren aandoeningen.

Hoewel dergelijke ontdekkingen al zijn gemaakt in de zin dat de verantwoordelijke genen zijn geïdentificeerd, waaraan de 3D contactkaarten zullen bijdragen, is het begrip van de aard van de verbinding tussen het gen en de ziekte begrepen.

Het kan bijvoorbeeld zijn dat het de interactie is in plaats van het gen zelf dat dysfunctioneel is geworden.

De 3D-kaarten bieden de kans om niet alleen bij het gen te kijken, maar ook voor de andere regio's van DNA waar het gen in contact is.

Prof. Pombo concludeert:

Onze kaarten verhogen het pool van doelen op DNA dat door een enkele mutatie kan worden beïnvloed."

Het team in Berlijn is nu van plan om de kaarten te gebruiken om skeletsiekten en neurologische stoornissen, zoals autisme, te bestuderen.

Eerder dit jaar, Medical-Diag.com Meldde hoe een groep van een ander onderzoekscentrum in Duitsland ontdekte dat cellen hun DNA comprimeren wanneer ze honger kregen van zuurstof en voedingsstoffen. Deze hongerstaat staat in veel van de huidige ziektes zoals hartaanval, beroerte en kanker.

DNA Structure and Replication: Crash Course Biology #10 (Video Medische En Professionele 2022).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Medische praktijk