Исследователи из Caltech показали, как клетки организуют действительно огромный геном четким способом, так что смогли уверенно найти и оценить важные гены. Понимание деликатной трехмерной организации генома является критическим, особенно из-за альтераций в структуре ДНК, которые определенным образом связаны с болезнями, такими как рак и раннее старение. Картирование и обнаружение неисправностей в структуре ядра могут помочь найти решение для этих болезней.

Работа проделана в лаб. Mitchell Guttman из Heritage Medical Research Institute. Из-за огромного количества клеток в теле человека, содержащих идентичные геномы, разные типы клеток способны функционировать по-разному, поскольку гены экспрессируются на разных уровнях -- др. словами, они могут быть включены или выключены. Напр., когда стволовые клетки развиваются в нейроны, то шквал активности происходит в ядрах, чтобы индуцировать и подавлять уровни генной экспрессии. Эти уровни д. быть др., напр., если стволовые клетки превращаются мышечные клетки или если клетки принимают решение о деструкции самих себя.

Помимо генома ядро содержит также структуры, наз. ядерными тельцами, которые являются миниатюрными факториями в ядре, которые содержат высокие концентрации клеточных устройств, которые работают для обеспечения одинаковых целей, таких как включение специфических наборов генов или молекул, модифицирующих РНК, чтобы продуцировать белки в клетке. Эти клеточные устройства д. быть способны эффективно осуществлять поиск в ДНК шести футов -- приблизительно среди 20000 общего количества генов у млекопитающих -- чтобы с точности находить и контролировать соотв. мишени. Это оказывается возможным потому, что ДНК организована в трехмерные структуры, делающие определенные гены более или менее доступными.

Guttman с сотр. описали метод трехмерного картирования, чтобы понять, как ДНК организована внутри пространства ядра и как регионы из хромосом взаимодействуют др с др. и ядерными тельцами. Техника, dubbed SPRITE (Split-Pool Recognition of Interactions by Tag Extension), позволила исследователям исследовать кластеры (или "комплексы") из молекул внутри ядра и посмотреть, какие молекулы взаимодействуют до с др. и где они располагаются.

При этой технике каждый комплекс в ядре обладает отличающимся молекулярным штрих-кодом, при этом все молекулы внутри одного комплекса получают один и тот же штрих-код. Затем комплексы могут быть раскрыты и содержащиеся в них молекулы проанализированы. Таким способом ученые могли определять взаимодействие двух или более молекул, в зависимости от того, обладают ли они одним и тем же штрих-кодом.

Исследователи, используя SPRITE , чтобы установить какие гены из разных хромосом образуют совместный кластер вокруг специфического ядерного тельца. В частности, неактивные гены -- те, которые выключены, -- образующие кластеры из разных хромосом особенного вокруг ядерного тельца, наз. ядрышком, которое содержит репрессивные белки на ДНК, которые удерживают гены выключенными. Напротив, активные гены группируются вокруг др. типа ядерных телец, наз. ядерными крапинками (speckle), содержащими молекулы, которые помогают включать гены и заставлять их продуцировать белки.

"С помощью SPRITE, мы оказались способны рассмотреть тысячи молекул -- ДНК и РНК -- соединяющихся вместе в различных ступицах ('hubs') в ядре одиночных клеток," сказал Quinodoz. "Раньше исследователи только предполагали, что каждая хромосома является своеобразной, занимающей свою собственную 'территорию' в ядре. Но теперь мы увидели, что множественные гены из разных хромосом собираются вместе в кластеры вокруг этих телец из клеточного аппарата. Мы полагаем, что 'хабы' могут помогать клеткам удерживать ДНК, в которых все ДНК включены или выключены, они четко организованы в разных частях ядра, что позволяет клеточному аппарату легко получать доступ к специфическим генам внутри ядра."