A génexpresszió szabályozásának egyik kulcsa a gének és a genom mentén elhelyezkedő szabályozó elemek közötti kölcsönhatás. Ezek a kapcsolatok azonban nagymértékben függenek attól, hogy a kromatin – a DNS és fehérjék keveréke – mennyire képes mozogni a sejtmag zsúfolt terében. Egy új, az MIT kutatói által végzett tanulmányban a kromatin mozgását mérték meg a mikroszekundumoktól az órákig terjedő időskálákon, lehetővé téve e dinamika első precíz kvantitatív leírását.
Elemzésük feltárta, hogy a kromatin két különböző kategóriába sorolható: az egyikben a kromatin korlátozottan mozog, így elsősorban a genom szomszédos régióival képes kapcsolatba lépni; a másikban viszont szabadabban mozog, és távolabbi régiókkal is érintkezik, de csak hosszabb időskálák alatt. A kutatók szerint ezek az eredmények betekintést nyújtanak abba, hogyan szabályozódik a génexpresszió, valamint hogyan találkoznak a kromatinszegmensek más folyamatok, például a DNS-javítás során.
„Mivel először sikerült ilyen gyors időskálákon, és egyben a teljes dinamikai tartományban is megfigyelnünk a kromatin dinamikáját, olyan mozgásokat láthattunk, amelyek korábban lehetetlenek voltak” – mondta Anders Sejr Hansen, az MIT biológiai mérnöki tanszékének docense, a tanulmány vezető szerzője, amely a Nature Structural and Molecular Biology folyóiratban jelent meg. A cikk első szerzői Matteo Mazzocca, Domenic Narducci és Simon Grosse-Holz, az MIT munkatársai.
A kromatin mozgásának korlátai
A tankönyvekben a kromatint gyakran statikus szerkezetként ábrázolják a sejtmagban, a valóságban azonban folyamatosan mozog. Ezek a mozgások szükségesek ahhoz, hogy a gének kölcsönhatásba léphessenek a DNS-szabályozó szekvenciákkal, például az erősítőkkel, amelyek akár 1 millió bázispár távolságra is lehetnek. Emellett biztosítják, hogy a DNS-törések esetén a törött végek egymásra találjanak a javításhoz.
„A kromatin dinamikája alapvető fontosságú a sejtmagban zajló összes folyamat számára, különösen azoknál, ahol két dolognak meg kell találnia egymást. Ez fontos a DNS-javításban, a génexpresszió szabályozásában, a rekombinációban vagy egy adott génnek a sejtmag megfelelő rekeszébe történő áthelyezésében” – magyarázta Hansen.
A genom bármely pontjának, vagyis lókuszának a mozgását korlátozza, hogy a DNS egy polimer. Miután egy lókusz bármely irányba elmozdul, a mellette lévő DNS visszahúzza. „A kromoszómák polimerek. Sok nukleotidból álló DNS tartja össze őket. A DNS része lenni olyan, mintha kézen fogva futnánk másokkal. Ha száz ember fogja egymás kezét, és te a lánc közepén megpróbálsz egy irányba futni, visszahúznak” – tette hozzá a kutató.
A mozgás két arca és a sejtmag zsúfoltsága
A MINFLUX nevű szuperfelbontású mikroszkópia segítségével a kutatók négy nagyságrendet öleltek fel, 200 mikroszekundumtól 10 másodpercig. Hagyományos technikákkal kombinálva pedig hét nagyságrendet, a mikroszekundumoktól az órákig. Ez lehetővé tette, hogy a kromatin dinamikájának két különálló osztályát azonosítsák. Az elsőben rövid és közepes időskálákon (200 másodpercig) egy adott lókusz csak körülbelül 200 nanométeren belül mozog, ami azt sugallja, hogy a polimer visszahúzó ereje erősebb, mint korábban gondolták.
„Az egyik fő tanulság, hogy létezik egy befolyási zóna, ahol egy genomikus lókusz hozzáfér más lókuszokhoz, és ez nagyjából néhány száz nanométer. Ha a lókuszok sokkal közelebb vannak egymáshoz, gyakorlatilag folyamatosan érintkeznek. Van egy határ néhány száz nanométernél: minden, ami ezen a zónán belül van, láthatja a lókuszt, ami kívül van, nem” – magyarázta Grosse-Holz.
Ez az állandó kapcsolat valószínűleg előnyös a DNS-javítás szempontjából, mivel a törött szálak közel maradnak egymáshoz. Az eredmények azt is mutatják, hogy a körülbelül 100 000 bázispáron belüli gének és szabályozó elemek számára nincs szükség extra segítségre a megtaláláshoz – a normál mozgásuk során rutinszerűen egymásra találnak. A második osztályba tartozó kromatin azonban csak hosszabb időskálák (percek-órák) alatt képes nagyobb távolságokra elmozdulni, és ez a viselkedés sejttípusonként eltérő, ami arra utal, hogy a meglévő modellekbe be kell építeni a kromatin és a zsúfolt sejtmagplazma kölcsönhatásait.
© Image: Courtesy of the researchers
Forrás: MIT.edu ↗̱
