Израильские ученые сделали большой шаг в понимании развития ДНК

Исследование было посвящено изменениям организации ДНК во время сперматогенеза - развития сперматозоидов.​

Исследователи медицинского факультета им. Раппопорта из Техниона представили новые данные об организации ДНК во время образования сперматозоидов и ее влиянии на будущие организмы. 

Исследование, которое было опубликовано в журнале Nature Structural & Molecular Biology, было выполнено профессором Ноамом Капланом и студентом магистратуры Хайей Хури из Техниона вместе с коллегами из медицинского центра детской больницы Цинциннати в США. Ведущим исследования в Цинициннати были профессор Сатоши Намекава и студент-исследователь Крис Алваттам.

Профессор Ноам Каплан и аспирант Хайя Хури (медицинский факультет Техниона) | Фото: пресс-служба Техниона

ДНК в живой клетке упакована вместе с прикрепленными к ней белками в молекулярный комплекс под названием хроматин. Хотя с первого взгляда может показаться, что хроматин служит только упаковкой генетических данных в ДНК, способ упаковки ДНК значительно влияет на клеточные системы. Например, плотно упакованная ДНК может стать недоступной для биологического механизма, который считывает ДНК, что может не позволить активировать гены, закодированные в этой последовательности ДНК.

Текущее исследование изучило организацию ДНК во время сперматогенеза - развития сперматозоидов. Хотя сперматогенез давно изучен, способ, которым ДНК упаковывается во время этого процесса, не был детально документирован н из-за технологических проблем. Теперь исследователи решили эту проблему, используя новую технологию, названную Hi-C, которая сочетает экспериментальную молекулярную биологию с вычислительным анализом для измерения пространственной организации ДНК.

Каждый день мужское тело "производит" миллионы сперматозоидов. Одним из критических этапов в образовании сперматозоидов является мейоз (деление клеток). В начале мейоза ДНК кардинально реорганизуется, поскольку хромосомы сгущаются при подготовке к предстоящему делению клеток. Кроме того, конденсированные хромосомы обменивают сегменты ДНК и таким образом увеличивают генетическую изменчивость.

Израильско-американская исследовательская группа успешно изолировала сперматозоиды мыши в начале мейоза, когда хромосомы конденсировались, а затем использовала Hi-C для измерения пространственной организации ДНК. Исследователи обнаружили, что пространственная структура хроматина постепенно усиливается во время сперматогенеза, пока не достигнет своей окончательной силы в зрелой сперме. Они предполагают, что эта организация позволяет сперматозоидам активировать широкий спектр генов во время мейоза, что позволяет клеткам позже приобретать уникальную способность продуцировать все типы клеток после оплодотворения. По словам профессора Каплана, «в будущем мы намерены использовать этот подход, чтобы понять, как пространственная структура генома может влиять на фертильность».

Данное исследование поддерживалось Национальным институтом здоровья (NIH), Фондом Азриэли и стипендией Генри и Мэрилин Тауб.

Профессор Каплан присоединился к медицинскому факультету им. Раппапорта в Технионе в 2016 году и создал междисциплинарную лабораторию для изучения пространственной структуры и функции геномов в сфере здравоохранения и заболеваний. Хайя Хури получила степень бакалавра на биологическом факультете Техниона и в настоящее время пишет магистерскую работу в области биомедицинских наук на медицинском факультете им. Раппопорта в Технионе.

Источник: MFA
Фото: Pixabay