Az emberi test felépítéséhez szükséges hatalmas mennyiségű genetikai információ nem egy statikus tervrajzban rejlik, hanem egy folyamatosan mozgó és újrarendeződő rendszerben, amely alapvetően befolyásolja a gének működését. A Salk Intézet kutatócsoportja Jesse Dixon vezetésével arra jutott, hogy a DNS háromdimenziós szerkezete állandó változásban van, és ez a dinamika meghatározó szerepet játszik abban, mely gének kapcsolnak be vagy ki egy adott sejtben.

A Nature Genetics folyóiratban közzétett vizsgálat kimutatta, hogy a genom térbeli szerveződése nem rögzített állapot, hanem a DNS egyes szakaszai eltérő sebességgel hajlanak össze és nyílnak szét. A kutatók különböző emberi sejttípusokat elemezve megfigyelték, hogy az aktívabb génterületek sokkal gyorsabban alakítják át szerkezetüket, míg az inaktív régiók stabilabbnak bizonyultak.

„A genomban hatmilliárd bázispár található, és az elmúlt évtizedben egyre többet tudtunk meg azokról a molekuláris gépezetekről, amik ezt az óriási információmennyiséget összehajtják és rendszerezik” – fogalmazott Dixon, a tanulmány vezető szerzője. Hozzátette, a hajtogatás nem egyszeri folyamat, hanem a genom folyamatosan kibomlik és újrahajtódik, ami segít pontosabban megérteni, mi történik akkor, amikor ez a rendszer daganatos vagy fejlődési rendellenességek során meghibásodik.

2 méter hosszú DNS

Egyetlen emberi sejtben mintegy 2 méter hosszú DNS található, amelyet a sejtmag rendkívül kis terében kell elhelyezni úgy, hogy közben bizonyos gének hozzáférhetők maradjanak, mások pedig inaktívak legyenek.

Ezt az egyensúlyt a DNS-hurkok kialakítása biztosítja, amelyben a kohézin nevű fehérjekomplex és a működését segítő NIPBL fehérje játszik kulcsszerepet. Amikor a kutatók csökkentették a NIPBL szintjét humán sejtekben, a hurkok képződése lelassult, a genom pedig fokozatosan kibomlott, azonban nem egyenletesen, mivel egyes régiók gyorsan reagáltak, míg más területek órákig változatlanok maradtak – teszi hozzá a ScienceDaily cikke.

„A genomi térszerkezetre vonatkozó jelenlegi adatok azt sugallták, hogy a hajtogatásnak csekély hatása van a génexpresszióra, de úgy gondoltuk, talán nem a megfelelő módon vizsgáljuk” – mondta Tessa Popay, a tanulmány első szerzője. Kiemelte, hogy a hajtogatási dinamika célzott megzavarásával sikerült azonosítani azokat a térbeli jellemzőket, amelyek ténylegesen hozzájárulnak a génszabályozáshoz.

Szívsejteket és idegsejteket is elemeztek

A kutatócsoport szívsejteket és idegsejteket is elemzett, amelyeket indukált pluripotens őssejtekből hoztak létre, és azt találták, hogy a dinamikus DNS-hajtogatás különösen azokban a régiókban aktív, amelyek az adott sejttípus speciális funkcióiért felelnek.

A szív működéséhez nélkülözhetetlen gének a szívsejtekben, míg az idegsejtekre jellemző gének az agyi sejtekben mutattak gyors szerkezeti átrendeződést, ami arra utal, hogy a genom folyamatos mozgása segíti a sejtek identitásának fenntartását.

„Úgy tűnik, a genom állandó össze- és széthajtogatása különösen fontos lehet abban, hogy a sejt emlékezzen arra, milyen szerepet kell betöltenie, mivel így fennmarad a különböző sejttípusokra jellemző génexpresszió” – hangsúlyozta Popay.

Az eredmények magyarázatot adhatnak arra is, miként vezethetnek a hajtogatási mechanizmus hibái betegségekhez. Dixon szerint logikus, hogy amikor ezekben a molekuláris rendszerekben mutációk jelennek meg, olyan összetett kórképek alakulhatnak ki, mint a Cornelia de Lange-szindróma, amely a test több részét is érinti, ugyanakkor a rák is kihasználhatja ezt az elvet azáltal, hogy megváltoztatja a genom dinamikáját és elősegíti a kontroll nélküli sejtnövekedést.