Badania uczonych z MIT, które opublikowano w Nature Genetics, wskazują, że wiele genów wchodzi w interakcje z dziesiątkami różnych regulatorów. Ustalenie, które elementy regulacyjne wpływają na jakie geny, mogłoby pomóc rozwikłać zagadki rozwoju niektórych chorób, a także opracować metody ich leczenia.

Genom 100 razy dokładniejszy niż wcześniej

Duża część ludzkiego genomu składa się z tzw. regionów regulacyjnych, które decydują i kontrolują, które geny ulegają ekspresji w danym czasie w komórce. Taka wewnętrzna organizacja jest niezbędna dla zachowania stanu równowagi, podobnie jak bez sygnalizacji świetlnej dochodziłoby do wypadków drogowych.

Elementy regulacyjne, takie jak enhancery (wzmacniacze transkrypcji), czyli krótkie sekwencje DNA, które mogą pomóc w aktywacji transkrypcji genu, mogą znajdować się w pobliżu docelowego genu lub w odległości do dwóch milionów par zasad. Aby umożliwić te interakcje, genom zapętla się w strukturę 3D, która zbliża do siebie odległe regiony. Nowa technika pozwala dostrzec te interakcje w wysokiej rozdzielczości.

Czytaj też: Genom to za mało, poznaj pangenom! Coraz bliżej przełomu?

Stosowana do tej pory technika Hi-C ujawniła, że genom jest zorganizowany w strukturę, która pozwala komórkom na ciasne upakowanie DNA, a więc rozwijanie i zwijanie w razie potrzeby. Technika Hi-C ma ograniczoną rozdzielczość, więc trudno jest odróżnić interakcje między genami a ich regulatorami.

Tu do akcji wkracza nowa technika, zwana Micro-C, która umożliwia oglądanie interakcji genów w wyższej rozdzielczości. To zasługa enzymu znanego jako nukleaza mikrokokowa, który pozwala na defragmentację genomu. Enzymy restrykcyjne Hi-C tną genom na specyficzne, losowo rozmieszczone sekwencje DNA, dając w efekcie fragmenty o zróżnicowanych i większych rozmiarach. W przeciwieństwie do nich, nukleaza mikrokokowa jednolicie tnie genom na fragmenty wielkości nukleosomów, z których każdy ma 150-200 par zasad DNA. To z kolei umożliwia wyższą rozdzielczość.

Prof. Anders Sejr Hansen z MIT mówi:

Teraz mamy metodę uzyskania ultrawysokiej rozdzielczości map struktury genomu 3D w bardzo przystępny sposób.

Mapowanie Micro-C całego ludzkiego genomu kosztowałoby ponad miliard dolarów, więc uczeni opracowali sposób na bardziej ukierunkowane sekwencjonowanie oddziaływań genomu, co pozwoliło skupić się na segmentach genomu zawierających interesujące geny. Metoda zwana Region Capture Micro-C może niedrogo wygenerować mapy 100 razy bogatsze w informacje niż inne techniki za ułamek kosztów.