Korzystając z najnowocześniejszej technologii, naukowcy po raz pierwszy ujawnili, że prawdziwe struktury 3D chromosomów są dalekie od rozmytego, nieco zniekształconego kształtu litery X, z którym wielu z nas jest obeznanych. W rzeczywistości są one złożone i raczej piękne.
W artykule opublikowanym w tym tygodniu przez naukowców z The Babraham Institute oraz University of Cambridge w Wielkiej Brytanii, a także z Instytutu Weizmanna w Izraelu, opisano, w jaki sposób, przy pomocy potężnych komputerów i najsilniejszych sekwencerów DNA, stworzono trójwymiarowe wizualizacje chromosomów, generując tysiące ich pomiarów molekularnych w pojedynczych komórkach.
Finansowanie nowej technologii pochodzi od Rady Badań Biotechnologicznych i Nauk Biologicznych (BBSRC), Rady Badań Medycznych (MRC) oraz Wellcome Trust.
Nowe obrazy pokazują, że przez większość czasu struktury chromosomowe mają bogatą i piękną złożoność, a także ujawniają, jak DNA w nich się fałduje.
Nowe obrazy 3D pokazują bardziej złożoną stronę struktur chromosomowych. Źródło: dr Peter Fraser, Babraham Institute.
Naukowcy twierdzą, że znany kształt litery X jest bardzo krótkotrwały w życiu chromosomu. Współautor, dr Peter Fraser z programu The Nuclear Dynamics, wyjaśnia:
«Obraz chromosomu, kropelki DNA w kształcie X, jest znany wielu, ale ten mikroskopijny portret chromosomu faktycznie pokazuje strukturę, która pojawia się tylko przejściowo w komórkach – w momencie, gdy są one prawie gotowe do podziału.»
Większość komórek w organizmie nie ma chromosomów, które wyglądają jak kształt litery X, ponieważ zakończyły dzielenie, mówi, dodając, że:
«Chromosomy w tych komórkach istnieją w zupełnie odmiennej formie i do tej pory niemożliwe było stworzenie dokładnych obrazów ich struktury.»
Nowe obrazy 3D pokazują, w jaki sposób struktura chromosomów i sposób, w jaki ich DNA się w nich zamyka, są ściśle powiązane z tym, kiedy i jak wyrażane są geny, co ma bezpośredni wpływ na zdrowie, choroby oraz proces starzenia.
Po raz pierwszy struktury chromosomów zostały wygenerowane na podstawie ich pomiarów w pojedynczych komórkach. Poprzednie badania obliczały pomiary na podstawie średnich z milionów komórek.
Dr Fraser twierdzi, że te nowe obrazy pozwalają im na mapowanie określonych genów oraz rozpoczęcie odkrywania zasad funkcjonowania chromosomów w genomie. Wcześniej w tym roku naukowcy z Instytutu Salk w USA ujawnili, w jaki sposób chromosomy organizują DNA podczas podziału komórki, używając telomerów, czapeczek molekularnych, które chronią końce chromosomów, jako «kotwic».
Nowe Badania i Odkrycia w 2024 roku
W 2024 roku nowe badania potwierdziły, że struktura chromosomów jest kluczowa dla zrozumienia wielu chorób genetycznych. Naukowcy z Uniwersytetu Stanforda wykazali, że analiza przestrzennego układu chromosomów może pomóc w diagnozowaniu nowotworów. Badania te opierają się na technologii Hi-C, która pozwala na tworzenie map 3D chromosomów z jeszcze większą dokładnością.
Dodatkowo, zespół badawczy z Instytutu Maxa Plancka odkrył, że zmiany w strukturze chromosomów mogą prowadzić do zmian w ekspresji genów, co z kolei może wpływać na rozwój chorób neurodegeneracyjnych. Badania te otwierają nowe możliwości w terapii genowej i leczeniu chorób związanych z wiekiem.
Zrozumienie złożoności chromosomów oraz ich struktury w kontekście zdrowia i chorób staje się coraz bardziej istotne. Dzięki nowoczesnym technologiom, naukowcy są w stanie dostrzegać szczegóły, które wcześniej umykały ich uwadze, co może zrewolucjonizować podejście do terapii genowych i diagnostyki w przyszłości.
