دانشمندان تکنیک جدیدی را برای بررسی معماری فضایی ژنوم توسعه دادند

افرادی که تا دهه 1980 تلویزیون های سیاه و سفید داشتند تا زمانی که تلویزیون رنگی نگرفتند نمی دانستند چه چیزی را از دست می دهند. تغییر مشابهی می تواند در دنیای ژنومیک اتفاق بیفتد زیرا محققان موسسه زیست شناسی سیستم های پزشکی برلین در مرکز ماکس دلبروک (MDC-BIMSB) تکنیکی به نام نقشه برداری معماری ژنوم (“GAM”) توسعه داده اند تا به ژنوم نگاه کنند و ببینند. آن را در رنگارنگ با شکوه. GAM اطلاعاتی را در مورد معماری فضایی ژنوم فاش می کند که برای دانشمندان با استفاده از Hi-C نامرئی است، ابزاری که در سال 2009 برای مطالعه برهمکنش های DNA ساخته شد. روش های طبیعت توسط آزمایشگاه پومبو

با یک تلویزیون سیاه و سفید، می توانید اشکال را ببینید اما همه چیز خاکستری به نظر می رسد. اما اگر تلویزیون رنگی داشته باشید و به گل ها نگاه کنید، متوجه می شوید که قرمز، زرد و سفید هستند و ما از آن غافل بودیم. به طور مشابه، اطلاعاتی نیز در مورد نحوه چینش سه بعدی ژنوم وجود دارد که ما از آن بی اطلاعیم.”

پروفسور آنا پومبو، زیست شناس مولکولی و رئیس آزمایشگاه تنظیم اپی ژنتیک و معماری کروماتین

درک سازمان DNA می تواند اساس سلامت و بیماری را آشکار کند. سلول های ما یک ژنوم به طول 2 متر را در هسته ای به قطر تقریبا 10 میکرومتر بسته بندی می کنند. بسته بندی دقیقاً به گونه ای انجام می شود که DNA تنظیم کننده در زمان های مناسب با ژن های مناسب تماس پیدا کرده و آنها را خاموش و روشن می کند. تغییرات در پیکربندی سه بعدی می تواند این روند را مختل کند و باعث بیماری شود.

“مادکتر رابرت بیگری، نویسنده اول این مطالعه و زیست شناس مولکولی در دانشگاه آکسفورد، که قبلا در آزمایشگاه پومبو بود، می گوید: مدت هاست که می دانسته ایم بیماری ها در خانواده ها ایجاد می شوند.متوجه شده‌ایم که بخش زیادی از این استعداد به این دلیل است که ما انواع توالی DNA را از والدین خود به ارث برده‌ایم که بر نحوه روشن و خاموش شدن ژن‌های ما تأثیر می‌گذارند.

GAM اطلاعات پیچیده تری را ارائه می دهد

تکنیک هایی مانند Hi-C و GAM به دانشمندان اجازه می دهد تا تعاملات بین توالی های تنظیمی و ژن ها را منجمد کرده و مطالعه کنند. در Hi-C، کروماتین با استفاده از آنزیم ها به قطعات بریده می شود و سپس دوباره به هم چسبانده می شود به گونه ای که برهمکنش های DNA دو طرفه پس از تعیین توالی آشکار می شود. در GAM، که اولین بار توسط تیم Pombo در “Nature” در سال 2017 توصیف شد، دانشمندان صدها برش نازک هسته را که هر کدام از سلول‌های منفرد هستند، می‌گیرند و DNA را از آنها استخراج می‌کنند. آن‌ها DNA را توالی‌بندی می‌کنند و داده‌ها را تجزیه و تحلیل آماری می‌کنند تا بفهمند کدام مناطق برهم‌کنش دارند.

با استفاده از این تکنیک، تیم نقشه ای از تعاملات سه بعدی ایجاد کرد. هنگامی که آنها این را با نقشه های سه بعدی موجود از ژنوم ایجاد شده با استفاده از Hi-C مقایسه کردند، به تعاملات بدیع زیادی دست یافتند. این موضوع آن‌ها را متحیر کرد تا اینکه متوجه شدند که با استفاده از GAM شاهد تعاملات پیچیده‌تری هستند، با چندین ناحیه از DNA که به طور همزمان در کنار هم قرار می‌گیرند. دکتر کریستوف تیم، نویسنده اول این مطالعه و یک محقق ارشد فوق دکترا در آزمایشگاه پومبو می‌گوید: «این تماس‌های پیچیده‌تر حاوی ژن‌های فعال، مناطق تنظیم‌کننده و تقویت‌کننده‌های فوق‌العاده هستند که ژن‌های مهمی را که هویت سلولی را تعیین می‌کنند، تنظیم می‌کنند».

در مقایسه، Hi-C عمدتاً تعاملات دو طرفه را ثبت کرد. هر دو تکنیک مکمل هم هستند، زیرا از هر سه مخاطبی که توسط GAM شناسایی می‌شوند، دو مورد با استفاده از Hi-C قابل مشاهده نبودند. و بالعکس.

بیگری می‌گوید: «از اینکه دیدم یک اثر واقعاً قوی را کشف کرده‌ایم بسیار هیجان‌زده بودم. واضح است که این فعل و انفعالات پیچیده بسیار رایج‌تر از آنچه قبلاً قدردانی می‌کردیم بود.