html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Российские биологи «заглянули» в ядро оплодотворенной яйцеклетки


Модель ядра по данным предыдущих экспериментов Hi-C.

Marco Di Stefano, et al., Scientific Reports, 2016 doi:10.1038/srep35985

Сотрудники лаборатории Сергея Разина из Института биологии гена РАН в составе международной команды ученых модифицировали метод для определения трехмерной организации хромосом и применили его для изучения пространственной организации ДНК в зрелых яйцеклетках до и после оплодотворения. Статья опубликована в журнале Nature.

Высокий уровень сложности многоклеточных организмов определяется большим разнообразием типов клеток, выполняющих самые разные функции. Это разнообразие появляется в ходе дифференцировки клеток, которая происходит начиная с самых ранних стадий эмбрионального развития. Отправной точкой для развития и дифференцировки является зигота – клетка, которая образуется после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. Несмотря на то, что половые клетки являются строго дифференцированными, зигота, образующаяся в результате их слияния, обладает свойством тотипотентности, т.е. способна дать начало любому типу клеток организма. В медицинской биотехнологии в настоящее время активно исследуется возможность обратить процессы клеточной дифференцировки и вернуть клеткам свойство тотипотентности, однако, несмотря на некоторые успехи, имеющихся знаний для этого пока недостаточно.

Известно, что в процессе «перезагрузки» клеток от дифференцированного состояния к базовому уровню происходит смена эпигенетического статуса ДНК. К эпигенетическим изменениям относятся не только химические модификации ДНК и связанных с ней белков, такие, как метилирование, но и изменение пространственной организации ДНК внутри ядра. Трехмерная структура генома во многом определяет работу отдельных генов, ведь у эукариот ген и его регуляторные элементы нередко находятся очень далеко друг от друга. Совсем недавно эту трехмерную структуру научились исследовать на уровне отдельных клеток, однако для половых клеток это было невозможно из-за крайне малого количества ДНК, доступного для анализа (напомним, что половые клетки обладают одиночным набором хромосом, т.е. в два раза меньшим количеством ДНК по сравнению с соматическими клетками). В своей работе российские ученые предложили модификацию основного на сегодняшний день метода для определения трехмерной структуры генома – Hi-C, что позволило работать не только с ДНК отдельных ооцитов, но и с ДНК отдельных ядер внутри зиготы сразу после оплодотворения.

Несмотря на то, что некоторые самые бросающиеся в глаза особенности организации хроматина (ДНК в комплексе с сопутствующими белками и РНК) можно различить в световой или электронный микроскоп, активное изучение трехмерной организации генома началось относительно недавно с изобретением в 2002 году метода 3С (Chromatin Conformation Capture, т.е. фиксация структуры хроматина). Суть его заключается в том, что клетки обрабатывают формальдегидом, который фиксирует комплексы ДНК с белком, затем ДНК в составе комплексов выделяют, при помощи ферментов разрезают на небольшие фрагменты и сшивают снова. В итоге у исследователя в руках оказывается библиотека гибридных фрагментов ДНК, в состав которых входят последовательности, которые в ядре были расположены рядом друг с другом. Дальше все зависит от методов анализа этой библиотеки – чем более производительные методы используются, тем больше информации можно получить. 

Исходно метод 3С предполагал, что можно проверить взаимодействие двух конкретных участков в геноме («один с одним»). Однако его изобретатели быстро начали увеличивать количество букв С, добавляя новые этапы, упрощающие анализ библиотеки, что привело к появлению технологий 4С («circularized 3C», изучение взаимодействий «один со всеми»), 5С («3C carbon copy», «многие со многими») и наконец Hi-C (от «high-throughput С», при помощи которого можно исследовать «все со всеми» взаимодействия). Технология Hi-C позволяет проанализировать библиотеку полностью благодаря появлению высокопроизводительного секвенирования ДНК, хотя базовый принцип остался тот же самый, что и в 3С. С использованием Hi-C удалось построить трехмерные карты хромосом человека, и определить, что «активный» хроматин, гены в составе которого активно экспрессируются, и «неактивный» формируют в ядре два отдельных компартмента (А-В компартменты). Очередной прорыв в области изучения трехмерной организации генома случился в 2013 году, когда с появлением технологии single-cell sequencing (секвенирование единичной клетки) стало возможным изучить 3D-структуру хромосом в отдельной клетке. Однако этого по-прежнему было недостаточно для исследования ооцитов.

Схема эксперимента Hi-C — от выделения отдельных ядер до секвенирования.

Ilya M. Flyamer et al., Nature, 2017

Стандартная методика Hi-C предполагает несколько этапов обогащения библиотеки с использованием модифицированных нуклеотидов, которые включаются в состав полученных фрагментов. В случае, когда исходного материала много, эти этапы помогают избавиться от ДНК, которая почему-то не прошла обработку на предшествующих стадиях. Однако если стартовое количество ДНК исчезающее мало, они приводят только к потере материала в ходе эксперимента. Авторы работы модифицировали протокол Hi-C, отбросив стадии, приводящие к потерям, и увеличили на порядок чувствительность метода, который они назвали single-nucleus Hi-C (Hi-C для единичного ядра). Для того чтобы оценить изменения, происходящие в структуре хроматина ооцитов, ученые сравнили ядра незрелых и зрелых ооцитов (яйцеклеток). Как и ожидалось, с созреванием ооцита хроматин становился более компактным и неактивным. 

Ключевой эксперимент работы был призван дать ответы на вопросы, что происходит с хроматином при «перезагрузке» клетки после оплодотворения, наследуется ли состояние хроматина или формируется заново, а также отличается ли состояние хроматина в материнском и отцовском ядрах в составе зиготы, образовавшейся после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом (на стадии зиготы ядра сосуществуют в клетке и не сливаются). 

Обнаружилось, что в составе как отцовского, так и материнского ядер можно выделить структуры первичных уровней организации – хроматиновые петли и так называемые топологически ассоциированные домены. Структуры более высокого порядка — А-В компартменты активного и неактивного хроматина в отцовском ядре детектировались слабо, однако, к удивлению исследователей, в материнском ядре они вообще не были заметны. Таким образом, авторы работы обнаружили, что зигота содержит ядро, находящееся в стадии интерфазы, т.е. неделящееся, но при этом без признаков компартментализации хроматина, что среди всех тканей и клеток млекопитающих является уникальным случаем. Исходя из этих данных, предполагается, что формирование компартментов в ядрах происходит по-разному – в материнском они формируются заново, а в отцовском наследуются, либо формируются раньше. Кроме того, на основании полученных структур и компьютерных симуляций можно предположить, что организация хроматина в материнском ядре ближе всего к организации метафазной хромосомы, т.е. материнское ядро зиготы ближе к соматической клетке, чем дифференцированный ооцит или сперматозоид. Наконец, эти данные свидетельствуют о том, что разные уровни организации хроматина (а именно петли и А-В компартменты) формируются по разным механизмам.

Хочется отметить, что подобного уровня работы стали осуществимы благодаря взрывному развитию технологий анализа ДНК и РНК буквально за последние несколько лет. Теперь авторы работы хотят дополнить свою работу анализом экспрессии генов и метилирования ДНК на уровне единичной клетки, а нам остается только удивляться и ждать, какие еще возможности сегодня-завтра подкинет ученым прогресс.

Дарья Спасская

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

3

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • ученые
          • исследования
          • эксперименты
          • биология
          • геном
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции