Zwijanie – nowy wymiar badań nad genomem
Każda komórka organizmu ludzkiego zawiera nić DNA o szokującej długości 2 m w jądrze o średnicy 0,001 mm. Jedynym sposobem na spakowanie tak długiej nici w tak małym jądrze jest naturalnie występujące zjawisko zwijania. Wydaje się, że zwijanie jest zjawiskiem ważnym, gdyż pokazuje, w jaki sposób komórka aktywuje i dezaktywuje geny, a więc w jaki sposób funkcjonuje. Projekt "Trójwymiarowa struktura i funkcja genomu" (3DGenome) miał na celu stworzenie trójwymiarowej mapy zwijania nici DNA wewnątrz jądra komórki ludzkiej znajdującej się w interfazie. Wzorce zwijania można wówczas odnieść do aktywności genów. Skupiając się na pewnych chromosomach, zespół 3DGenome wykorzystał technikę fluorescencyjnej hybrydyzacji in situ (FISH) w połączeniu z zaawansowaną mikroskopią świetlną 3D. Naukowcy badali pozycję genów względem siebie w zwiniętej strukturze niezależnie od rodzaju komórki, stanu różnicowania komórki czy wzorca ekspresji genu. Największym wyzwaniem było dokonanie analizy dużej liczby obrazów z uwagi na naturalną zmienność struktur chromatyny w komórkach. Aby pokonać tę trudność, naukowcy opracowali nowe metody, oprogramowanie i technologie. Wykonano obrazowanie za pomocą mikroskopu konfokalnego skanującego i z wirującym dyskiem. Pojawiły się problemy związane z przechowywaniem, analizą i interpretacją olbrzymiej ilości danych otrzymanych z badań mikroskopowych. Dlatego naukowcy stworzyli nowe protokoły i wydajną bazę danych obrazowych, jak również opracowali nowe podejście do analizy ilościowej. Wyniki pokazały, że chromatyna poszczególnych chromosomów ulega zwinięciu, tworząc różne domeny subchromosomalne. Struktura tych domen zależy od zmiennych, takich jak gęstość upakowania genów i średnie poziomy ekspresji. Rozmieszczenie domen zależy od poziomu transkrypcji. Domeny bardziej aktywne i o większym upakowaniu genów znajdują się bliżej środka jądra, a te, których gęstość upakowania jest mniejsza, a poziomy transkrypcji niższe, znajdują się bliżej błony jądra. Projekt 3DGenome zidentyfikował łącznie szereg zasad trójwymiarowego zwijania, które są ściśle związane ze sposobem wbudowania genów w nić DNA. Wyniki tego badania stanowią solidny fundament dla integracji wpływu zwijania chromosomu na transkrypcję genu. Wnioski płynące z projektu 3DGenome mają niezwykle duży potencjał w kontekście ich wykorzystania w genomice. Znaczenie badania najlepiej pokazuje liczba 49 publikacji, jakie ukazały się do tej pory w międzynarodowych czasopismach naukowych. Podczas konferencji i warsztatów odbyły się łącznie 124 seminaria poświęcone badaniu 3DGenome.
