Как ДНК становится трехмерной:
структура хроматина

Александра Галицына

25-11-2020

Классические представления о ДНК

ДНК - это носитель генетической информации, линейно упорядоченная молекула биополимера нуклеиновых кислот.

Первое доказательство линейности ДНК

Рекомбинационный тест Бензера
на E. coli и T4 бактериофаге:

Benzer, 1950-1960

https://slideplayer.com/slide/1400263/

Плашка с бактериями,

появление бляшек при заражении фагом

Первое доказательство линейности ДНК

Ко-трансфекция клетки бактерии двумя мутантными вирусами:

Benzer, 1950-1960

https://slideplayer.com/slide/1400263/

Появление бляшек (заражение есть)

Появление бляшек (заражения нет)

Первое доказательство линейности ДНК

Рекомбинантная карта бактериофага:

Benzer "On the Topology of the Genetic Fine Structure" PNAS 1959

О - нет заражения, |- заражение есть

Упорядоченные мутации фага

ДНК как двойная спираль

Уотсон, Крик и Франклин: рентгеноструктурный анализ (1953)

Pray Nature Education 2008

Уровни организации хроматина

Первичная структура

Вторичная структура

A-форма
спирали

B-форма

Z-форма

G-квадруплекс

ДНК-шпилька

Хроматин - комплекс ДНК и белков

ДНК образует более сложные структуры за счет связывания белков. В первую очередь, это гистоновые белки (у эукариот):

Alberts "Molecular Biology of the Cell" 6th edition 2015

Хроматин - комплекс ДНК и белков

Robinson, 2016

Регуляторы экспрессии генов: энхансеры

Для активации экспрессии необходима сборка белкового комплекса на специальных регуляторных последовательностях ДНК - энхансерах.

http://advancedtranscription16.blogspot.com/p/overview.html

Энхансер

Промотор

Как привести во взаимодействие промотор и энхансер?

Dean 2006

Wasserman & Sandelin. Applied bioinformatics for the identification of regulatory elements. Nat. Rev. Genet. 2004

Регуляторные сети энхансеров

Один ген может регулироваться несколькими энхансерами,
один энхансер может регулировать несколько генов:

https://cotney.research.uchc.edu/

Подходы к исследованию хроматина и "дальней" регуляции

Микроскопия ядра

Ros 2006 "Histology Atlas with Correlated Cell and Molecular Biology"

Два подхода: микроскопия и молекулярная биология

FISH-микроскопия

Fluorescent in situ hybridization

FISH-микроскопия

Bolzer et al., PLoS Biol. 2005

Speicher & Carter Nature 2005

Fluorescent in situ hybridization

4DN Nucleome

https://www.4dnucleome.org/

4DN Nucleome

https://www.4dnucleome.org/

The goal of the Common Fund’s 4D Nucleome (4DN) program is to study the three-dimensional organization of the nucleus in space and time (the 4th dimension).

...

The 4DN program has generated a variety of tools and resources so scientists can continue to learn about the importance of nuclear organization. Program deliverables currently available through the public 4DN Portal include nearly 2000 datasets from hundreds of experiments, 52 software packages and 23 protocols and reagents for researchers to use.