Zespół badaczy z Uniwersytetu w Lozannie, EPFL, Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu Princeton opisał nowy mechanizm zwijania genomu u muszek owocowych. Wyniki badań zostały zaprezentowane w prestiżowym czasopiśmie „Cell”. 

Genom jest strukturą zbudowaną przez DNA, które zawiera pełną informację genetyczną organizmu. W skład genomu wchodzą geny oraz ich elementy regulatorowe. Informacja genetyczna jest interpretowana w trójwymiarowej architekturze zwijania genomu, organizującej chromosomy w jądrze komórkowym w taki sposób, by elementy regulatorowe znajdowały się w pobliżu regulowanych przez nie genów.

Trójwymiarowa organizacja genomu zachodzi w wielu skalach. Jedną z nich są dobrze rozgraniczone domeny fizycznych interakcji, znane jako domeny chromatynowe (Topologically Associating Domains). Dotychczasowe badania wykazały, że domeny chromatynowe są podstawowymi jednostkami organizacji genomu u wielu gatunków, od drożdży po człowieka.

Zespół badaczy pod kierownictwem prof. Marii Cristiny Gambetty z Uniwersytetu w Lozannie, dr. Aleksandra Jankowskiego z Instytutu Informatyki Uniwersytetu Warszawskiego oraz prof. Michaela S. Levine’a z Uniwersytetu Princeton, przedstawił na łamach czasopisma „Cell” nieopisany wcześniej poziom zwijania genomu.

Naukowcy odkryli, że w układzie nerwowym muszki owocowej Drosophila melanogaster odległe pary domen oddziałują między sobą na odległość nawet połowy chromosomu, tworząc tzw. metadomeny. W ich obrębie określone promotory genów i elementy regulatorowe są zbliżone do siebie, mimo że znajdują się w odległości kilkudziesięciu domen topologicznych od siebie, mierząc wzdłuż chromosomu. Geny związane z tymi metapętlami są odpowiedzialne za ważne procesy rozwoju neuronalnego, w tym za naprowadzanie aksonów i adhezję komórkową.

– Co ciekawe, metapętle wykazują wysoki stopień ewolucyjnego zachowania pomiędzy dwoma odległymi gatunkami muszek. Końce tych metapętli rozpoznają się nawzajem pomimo różnicy w odległościach genomowych między odpowiadającymi miejscami w genomach obu gatunków – mówi dr Aleksander Jankowski z Instytutu Informatyki UW.

Badacze przewidywali, że za tworzenie metadomen odpowiada wiele czynników transkrypcyjnych, które są w stanie łączyć się w pary pomimo znacznych odległości. W trakcie eksperymentu wykazali, że dwa czynniki transkrypcyjne, GAF i CTCF, odgrywają bezpośrednią rolę w tym procesie. Ważną obserwacją jest względna prostota interakcji metadomen u muszek owocowych, w porównaniu z innymi interakcjami opisanymi wcześniej u ssaków.

Rezultaty przeprowadzonych badań podkreślają znaczenie tego mechanizmu zwijania genomu w regulacji transkrypcji genów neuronalnych. Naukowcy spodziewają się, że genomy mogą zwijać się, tworząc wiele wysoce wyspecjalizowanych struktur przestrzennych, które umożliwiają interakcje regulacyjne dalekiego zasięgu.