Celulele înghesuie ADN-ul în nucleu în două moduri distincte

Există doar atât de multe moduri de a înghesui ADN-ul în nucleul unei celule, sugerează un studiu.

Planul genetic complet al unei celule, sau genomul, este dens împachetat în cromozomi, condensând metri de ADN într-un vas celular minuscul lat de numai micrometri (SN: 24/08/15). Dar cum se pliază cromozomii pentru a se potrivi în nucleele diverselor specii nu este clar.

Se pare că există două metode de a introduce tot acel ADN, raportează cercetătorii din 28 mai Ştiinţă. Celulele pot chiar schimba aranjamentul pe care îl au prin inactivarea unei molecule numită condensină II, a descoperit echipa.

Dacă cromozomii ar fi bucăți de hârtie, unii, precum cei ai oamenilor, ar arăta ca o minge mototolită în interiorul nucleului, spune Claire Hoencamp, biolog molecular la Institutul olandez de cancer din Amsterdam (SN: 8/10/09). Altele, precum cele ale muștelor de fructe (Drosophila melanogaster), seamănă cu coli plate de hârtie stivuită.

În noul studiu, Hoencamp și colegii săi au creat hărți termice care au analizat modul în care cromozomii din nucleele a 24 de specii de animale, plante și ciuperci au interacționat în interiorul celulelor respective. Hărțile arată numărul mediu de conexiuni între cromozomii din nucleul unei celule – dezvăluind modul în care moleculele genetice se pliază – „pe scara de la alb la roșu”, spune Olga Dudchenko, genomicist la Colegiul de Medicină Baylor din Houston. „Cu cât mai mult roșu, cu atât mai multe interacțiuni. Cu cât mai puțin roșu, cu atât mai puține interacțiuni.”

De-a lungul istoriei evoluției, organismele din arborele vieții au schimbat diferite metode de ambalare, au descoperit cercetătorii. „Am lucrat cu o grădină zoologică de specii și [at first] arăta ca o grădină zoologică cu modele de pliere a genomului”, spune Dudchenko. „Unele hărți ar arăta ca un model de șah. Altele ar arăta ca o saltea cu x-uri ciudate.” De-a lungul timpului, a devenit clar că multe dintre aceleași caracteristici de pliere a cromozomilor au apărut din nou și din nou la specii diferite.

Trei tipuri de interacțiuni duc la stivuirea foilor de cromozomi, dând hărților de căldură acel aspect de tablă de șah sau de saltea. Într-o interacțiune, văzută în arahide măcinate (Arachis hypogaea) de exemplu, capetele diferiților cromozomi tind să se atingă. În altul, cromozomii din organisme precum muștele de fructe se ating în mijloc. Și într-o interacțiune văzută în grâul de pâine (Triticum aestivum), brațele diferiților cromozomi se pliază unul peste altul.

Cromozomi mototoliți ca o minge, ca cei de la piranha roșie (Pygocentrus nattereri), sport un al patrulea tip de interacțiune. În aceste structuri, un cromozom se pliază pe el însuși într-o încurcătură, mai degrabă decât să atingă alți cromozomi, rezultând pătrate roșii mari pe hărțile termice.

Ruperea părților condensinei II – un complex de proteine ​​care ajută la asamblarea cromozomilor pe măsură ce celulele se divid – poate schimba organizarea pe care o are un nucleu. Modificările aduse condensinei II pot face ca un nucleu uman mototolit să arate ca nucleul unei muște pliate, a descoperit echipa. Dar unele organisme au foi stivuite, în ciuda faptului că au condensina II intactă. Aceasta înseamnă că ar putea exista și alți factori pe care cercetătorii nu au descoperit încă care împing celulele să înghesuie cromozomii în nucleu într-un mod specific, spune Hoencamp.