Новые технологии изображения трехмерной структуры хромосом в высоком разрешении

Если вы думаете о хромосоме, что вам приходит на ум? Большинство людей представляют себе искривленную форму «Х», которую можно увидеть в средствах массовой информации и в учебниках. На самом деле хромосомы действительно выглядят так в течение короткого периода своего жизненного цикла, но в большинстве случаев эти изображения неточны.

Новые технологии изображения трехмерной структуры хромосом в высоком разрешении

Однако исследователи из Высшей школы искусств и наук Гарвардского университета надеются изменить это. В исследовании, опубликованном в Cell, Джун-Хан Су и его коллеги сообщили о методе создания потрясающих трехмерных изображений человеческих хромосом, которые, как они надеются, будут использованы для обучения следующего поколения ученых. Эта технология, способная не просто создавать впечатляющие изображения, может быть использована для более детального, чем когда-либо прежде, понимания внутренней работы наших хромосом.

«Очень важно определить трехмерную организацию, — сказал Сяовей Чжуан, профессор естественных наук Дэвид Б. Арнольд, младший, — чтобы понять молекулярные механизмы, лежащие в основе организации, а также понять, как эта организация регулирует функцию генома. . «

Хромосомы — это структуры внутри наших клеток, которые содержат всю нашу ДНК. ДНК сначала наматывается на белки, чтобы сформировать хроматин, который затем накручивается и плотно упаковывается для создания хромосом. У человека в каждой клетке 23 пары хромосом, одна из которых идет от отца, а другая — от матери.

Несмотря на то, что у нас есть относительно хорошие способы визуализации хромосом в 2D, создание метода визуализации, позволяющего визуализировать крошечный, плотно упакованный хроматин в 3D, является сложной задачей. Чтобы решить эту проблему, команда разработала способ расшифровки мельчайших деталей структуры хромосомы — они создали генетическую «точку-точка». Внутри хромосомы есть много участков ДНК, последовательность которых известна исследователям и может быть проверена, так называемые генетические локусы. Быстро визуализируя множество локусов, соединяя их вместе и комбинируя расшифрованную структуру с микроскопическими изображениями высокого разрешения, можно создать трехмерное изображение хромосомы с впечатляющими деталями.

Идея основана на существующей технологии, называемой флуоресцентной гибридизацией на месте (FISH), которая использует флуоресцентные зонды для визуализации определенных областей ДНК, но эта технология имеет гораздо более высокую пропускную способность и использует данные для создания впечатляющих трехмерных изображений.

Техника трехмерной визуализации хромосом имеет огромное значение для понимания взаимодействия генов в хромосоме, и команда очень хотела использовать ее. После того, как структура была создана, Чжуан и его коллеги проанализировали данные, чтобы определить, как изменяется структура хромосомы, чтобы наиболее эффективно читать содержащиеся в ней гены. Они обнаружили, что области с высоким содержанием генов будут перемещаться в аналогичные области хромосомы, где, вероятно, происходит высокий уровень транскрипции генов, в то время как области с низким содержанием генов будут перемещаться в то же место, только если они имеют одну и ту же хромосому.

Несмотря на впечатляющие результаты, авторы отмечают ограничения своего нового метода. Чтобы отобразить структуру хромосомы, необходимо использовать определенные целевые локусы, поэтому неизвестные участки ДНК не могут быть отображены. Они также заявляют, что процесс визуализации может немного изменить структуру хроматина, что может сделать его менее эффективным, чем альтернативы при визуализации чрезвычайно малых структур.

Исследователи продолжат свою работу и будут использовать результаты других лабораторий, чтобы полностью понять структуру хромосом в каждой клетке тела — амбициозная, но возможная цель с такой технологией.