MITが細胞分裂を生き残る3D DNA構造を発見

何十年もの間、細胞分裂 (細胞が複製するプロセス) は DNA のゼロ地点と考えられていました。の 科学者 彼らは、染色体が縮小して分裂の準備をすると、ゲノムの複雑な三次元構造が一時的に崩壊し、分裂が終わった後に新たに再構築されるだけだと信じていた。しかし、そこで新たな発見があったのが、 と この根本的な信念を覆すことになります。

で発表された研究によると、 自然の構造および分子生物学MIT の研究者は、DNA の小さなループを発見しました。 マイクロコンパートメント— 彼らは有糸分裂中に生き残るだけでなく、実際に強くなります。この驚くべき安定性は、細胞がどの遺伝子をオンにするかを「記憶」し、分裂の過程を通じてその同一性を維持する仕組みを説明している可能性がある。

«有糸分裂は常に、遺伝子活性も遺伝子制御に関連する構造も持たない、一種の「空白のキャンバス」と考えられてきました。」と説明します。 アンダース・セイジル・ハンセン、MITの生物工学准教授。 」私たちは今、そうではないことを知っています。構造は常にそこにあります。形が変わるだけです»。

ハンセン氏のチームは、 エドワード・バニガン 医工学科学研究所の研究者らは、新しいマッピング技術であるゲノムの内部をこれまでにない詳細に見ることができました。 リージョンキャプチャ Micro-C (RC-MC)。この方法は、以前のツールよりも最大 1,000 倍高い解像度を提供し、研究者が DNA の個々の領域を極めて正確に検査できるようになります。

これらのループ、マイクロコンパートメントは、エンハンサーとして知られる、遺伝子の転写を活性化または非活性化する小さなセグメントである DNA の離れた調節領域に遺伝子を接続します。有糸分裂で染色体が凝縮すると、これらのループが強化され、制御領域と遺伝子が近づくようです。

«これらの結合を強化することで、細胞が分裂後にどの遺伝子をオンにするかを「記憶」することができるのかもしれない」と、Oは言います ヴィラット・ゴエル、MITの博士候補者であり、研究の筆頭著者です。 」初めて、ゲノムの物理的構造を遺伝子調節におけるその機能に直接結び付けることができました。»。

この発見は、新世代の DNA マッピング ツールがなければ不可能でした。科学者たちは長年にわたってこの技術を使用してきました ハイシー、MIT とマサチューセッツ チャン医科大学の研究者によって開発されました。 Hi-C は大規模では非常に効率的ですが、エンハンサーと遺伝子プロモーターの間の小さく詳細な相互作用を検出できませんでした。

方法 RC-MC ハンセン氏の登場がこの風景を一変させた。ゲノム全体をマッピングするのではなく、より小さな標的セクションに焦点を当て、DNA を均一な断片に切断して高解像度の 3D マップを作成します。このようにして、MIT チームは、古い技術では気づかれなかった微細構造を検出しました。

これらの微小区画の挙動を理解するために、研究者らは有糸分裂の各段階で細胞をモニタリングした。一般的な理論では、分裂中は転写がほぼ完全に停止し、DNA の三次元構造が崩壊すると考えられていました。しかし、MIT のデータはまったく逆の結果を示しました。

«私たちは、有糸分裂には制御構造が存在しないと確信してこの研究に取り組みましたが、最終的にはそこに制御構造があることを発見しました。微小区画は消失しなかっただけでなく、染色体が凝縮するにつれてより高い安定性を示した。

逆に、次のような最大の構造物は、 A/Bコンパートメント そして それから (トポロジカルに関連するドメイン) は、以前の研究ですでに観察されていたように、消滅しつつありました。しかし、これらの小さなループの存在は、細胞分裂中のゲノム構成に関する私たちの理解を根本的に変えます。

または エフィ・アポストロウ氏、分子生物学准教授 ワイル・コーネル医学、研究は次のようにコメントしています。古典的な手法では見落とされていた有糸分裂におけるクロマチンの詳細な特徴を初めて明らかにする»。

この発見は、もう一つの古い謎、つまり有糸分裂の終わりに観察される遺伝子活性の突然の短期間の増加を説明するかもしれない。 1960年代以来、2010年代の研究で遺伝子発現の短期間の「バースト」が明らかにされるまで、科学者たちは分裂中に転写が完全に停止すると考えていた。

MITチームは、この一時的な活性の増加を示す遺伝子のすぐ隣にマイクロコンパートメントが形成されていることを発見した。 DNA が凝縮すると、エンハンサーとプロモーターが物理的に接触し、おそらく凝縮プロセス自体の副作用として一時的に転写を活性化するループを形成します。

分裂が完了し、細胞が G1 期に入ると、これらのループのほとんどが弱まるか消失し、遺伝子活性が通常のレベルに戻ります。

MITの研究者らは現在、細胞のサイズや形状などの要因がこのDNAの微細構造にどのような影響を与えるかを調査する計画を立てている。提起された質問は非常に重要です。 細胞は有糸分裂後にどのループを保持し、どのループを破棄するかをどのように選択するのでしょうか? その答えは、細胞のアイデンティティそのもの、つまり分裂の混乱の中でも細胞がどのようにして自分が誰であるかを記憶するのかの理解に近づくかもしれない。

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