Учёные составили трёхмерную карту ДНК человека

Леонид Попов

Сходства (синий цвет на левых рисунках) и различия (красный) в способе упаковки ДНК в разных образцах (справа). Серым показана оболочка клеточного ядра, её поперечник равен нескольким микрометрам (иллюстрация Lin Chen/ USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences).

Линейная расшифровка генетической последовательности – далеко не всё, что нужно для понимания тонкостей работы наследственного механизма. В ядре клетки ДНК собрана в чудовищно сложный клубок. Теперь впервые картографированы все его хитросплетения.

Титаническую работу выполнили биологи из университета Южной Калифорнии. Они построили полную схему пространственного расположения человеческого генома.

Известно, что молекула ДНК в хромосоме находится в скрученном, словно клубок, состоянии. Биополимер, несущий генетическую информацию, столь велик, что 46 таких молекул (расположенных, соответственно, в 46 хромосомах человека), если можно было бы их распрямить, в сумме вытянулись бы более чем на два метра!

Статья о 3D-картографировании генома в Nature Biotechnology удостоилась обложки номера.

Неудивительно, что в клеточном ядре молекулы ДНК образуют сотни миллионов контактов сами с собой. Эти места не только являются простым отражением геометрии «молекулы жизни», но и влияют на работу наследственного механизма, на активность генов в частности. Именно потому важно знать точно, как подобные точки расположены в пространстве.

Авторы исследования составили карту расположения мест пересечения ДНК-ДНК на протяжении всего генома человека (в каждой хромосоме), а также учли взаимодействие и между хромосомами. Для этого учёные использовали различные биохимические реакции с образцами ДНК, проводимые на твёрдой подложке.

Далее сложный компьютерный алгоритм позволил перевести этот набор данных в трёхмерное изображение генома человеческой клетки.

При этом биологи учли, что в каждой конкретной клетке картина запутывания клубка молекул ДНК хотя и сходна в общих чертах, но в деталях отличается. Сопоставление таких сведений для разных клеток также может многое рассказать о функционировании аппарата наследственности и некоторых причинах возникновения сбоев в таком механизме.

Статистическое сравнение «укладки вермишели» ДНК во множестве взятых на пробу клеток составило один из важных итогов новой работы.