nsu_vsfishnan_201402.pdf

• Фишман Вениамин Семенович, аспирант НГУ

'Несмотря на то, что основой геномов большинства организмов, живущих на земле, является молекула двухцепочечной ДНК, способы её хранения значительно различаются. В ходе эволюции, особенно при переходе от бактерий к многоклеточным эукариотам, произошло небольшое увеличение числа генов, и огромное – на 2-3 порядка – увеличение размера генома (от миллионов до биллионов нуклеотидов). При этом пространственная организация генома в ядре, помимо функции компактизации, также приобрела регуляторную функцию – так, например, 3D-фолдинг хромосом компартментализует геном и может обеспечить сближение регуляторных элементов. Поэтому изучение 3D‑структуры содержимого ядра позволяет не только описать пространственную организацию генома, но и выяснить механизмы регуляции таких фундаментальных процессов, как транскрипция, репликация и т.д.

Попытки изучить пространственную организацию ядра проводятся учеными более ста лет. За это время наши знания в этой области значительно расширились. Во многом, этот прогресс связан с разработкой новых методологических подходов. Поскольку классические методы изучения пространственной организации геномов основаны на микроскопии, их фундаментальным ограничением является относительно низкая разрешающая способность. Для анализа укладки генома на более детальном уровне, в 2009 году был разработан метод Hi-C (Lieberman-Aiden et al., 2009).,позволяющий проводить подсчет числа пространственно-сближенных участков ДНК при помощи массового параллельного секвенирования. Этот метод позволил принципиально по‑новому взглянуть на архитектуру ядра, выявив неизвестный ранее уровень организации генома – так называемые Hi-C домены, протяженные участки хромосомы, пространственно-сближенные и активно взаимодействующие друг с другом. Корреляция границ доменов с местами посадки регуляторных факторов, хромосомными территориями, зонами ранней и поздней репликации и другими функциональными единицами генома, а также их эволюционная консервативность показывают значимость этих структурных единиц. Тем не менее, не отвеченными остаются фундаментальные вопросы о том, как формируются и поддерживаются Hi-C домены, и какую роль они играют в процессе функционирования генома.

Уникальным объектом для изучения пространственной организации генома являются сперматозоиды. Организация генетического материала в этих клетках сильно отличается от организации генома соматических клеток. Для уменьшения размера сперматозоида при его созревании происходит уплотнение ядра за счет специального механизма конденсации хроматина, при котором удаляются гистоны, а ДНК связывается с особыми белками - протаминами. Стоит подчеркнуть, что 3D-структура генома половых клеток (и в частности сперматозоидов) никогда не исследовалась молекулярными методами, поэтому неизвестно, сохраняются ли в геноме сперматозоида Hi-C домены. В связи с этим изучение взаимодействующих районов ДНК в ядре сперматозоида является важной фундаментальной научной задачей.'

• Исследование пространственной организации генома сперматозоидов и фибробластов мыши методом Hi-C Н.Р. Баттулин, В.С. Фишман, А.А. Хабарова, М.Ю. Помазной, Т.А. Шнайдер, Д.А. Афонников, О.Л. Серов
• Battulin N, Fishman V.S., Mazur A.M., Pomaznoy M., Khabarova A.A., Afonnikov D.A., Prokhortchouk E.B., Serov O.L. Comparison of the three-dimensional organization of sperm and fibroblast genomes using the Hi-C approach. // Genome Biology, 2015, V 16, № 77