Chromozom Malování

8 Chromozomu Území

Spíše než rozptýlené v celém jádře, každý chromosom zaujímá odlišný objem, který se nazývá chromozom území. To bylo prokázáno chromozomální malbou-technikou založenou na rybách, kde je genom hybridizován na velké množství chromozomově specifických sond, které umožňují vizualizaci jednotlivých chromozomů v jádře. Radiální polohování chromozomu je silně ovlivněna jeho složení—gen-špatné chromozomy mají tendenci zabírat pozice blíže k jaderné periferii, zatímco gene-rich chromozomy se častěji nacházejí směrem do interiéru . Tento trend je ilustrován lidskými chromozomy 18 a 19,které jsou velmi podobné velikosti, ale mají velmi odlišné sekvenční složení: chromozom 18 je chudý na gen, zatímco 19 je bohatý na gen. Na Bickmore laboratoř používá chromozomu území RYBY, aby prošetřila pozice dvou chromozomů v jádře a zjistil, že chromozomu 18 byla trvale umístěna blíže k jaderné periferii než chromozomu 19 v obou lymfoblastoidních buněčných linií a fibroblastů . Bylo také zjištěno, že radiální umístění chromozomů v jádru je specifické pro tkáň, s více úzce souvisejícími buněčnými typy vykazujícími více podobné umístění chromozomů . Lidský genom obsahuje také pět acrocentric chromozomy, obsahující rDNA sekvencí—chromozomy 13, 14, 15, 21, a 22, které jsou obvykle seskupeny kolem jadérko—místo transkripce a zpracování ribozomální RNA.

radiální pravidlo chromozomu umístění, má také vliv na umístění střídající gene-rich a gene-chudé segmenty v rámci chromozomy—v tomto případě, gene-rich segmenty jsou umístěny centrálně, zatímco gen-chudé regiony zaujímají regiony blíže k periferii. Kromě toho jsou uvnitř chromozomových teritorií interně umístěny transkripčně neaktivní segmenty a transkripčně aktivní segmenty jsou na povrchu území . Toto uspořádání umožňuje transkripčně aktivní oblasti připravený přístup k transkripčním strojům a doménám bohatým na metabolické faktory mRNA, jako jsou ložiska SC-35 . Struktura chromozomových teritorií je však dosud nejasná, což odráží náš nedostatek znalostí o strukturách chromatinu, které je formují.

Z genomu stabilitu, důležitý důsledek chromozomální umístění vzorů se týká přemisťování, nejčastější chromozomální abnormality vidět v rámci lidské populace. Je dobře známo ,že fyzická blízkost dvou chromozomů v jádru ovlivňuje pravděpodobnost translokace mezi nimi (obr. 23.3).

obrázek 23.3. Preferované polohy chromozomů v jádře ovlivňují frekvenci translokace.

Chromozomy se stejnou přednost radiální poloze v jádře (např, chromosomů 17 a 19), jsou více pravděpodobné, aby se zapojili v translokace chromozomů než s jinou radiální pozice (např. chromosomů 17 a 18).

analýza mezi frekvencí různých nepatogenní translokace v lidské populaci a preferované radiální polohy chromosomů v jádře zjistili, že chromozomy s podobnými jaderné pozice formě translocationsmore často, než se očekávalo náhodou . Další studie byla schopna prokázat těsnou blízkost mezi BCR a ABL lokusy, které se podílejí na dobře charakterizované translokaci t (9; 22) tvořící chromozom “Philadelphia” u chronické myeloidní leukémie. Autoři ukázali, že BCR a ABL loci byli blíže v B-lymfocytů než v hematopoetických progenitorových buněk, což naznačuje, že typ buněk–specifické aspekty jaderné organizace může přispět k přidružení některých translokací s konkrétní typy rakoviny. V roce 2013, Misteli lab zveřejnila studii, která zkoumá dynamiku double-strand breaks a následné translokaci formace v elegantní systém: NIH3T3duo buněk kódují malý počet SceI omezení enzym stránky integrovaných na různých chromozomech, s některých webových stránek, v blízkosti LacO pole a dalších lokalit v sousedství TetO pole. Na přerušení indukce, které SceI enzymu, bylo možné sledovat přestávek, které byly označeny pomocí fluorescenčně označených Lac (LacR) a Tet (TetR)-repressor proteiny; tvorba translokace byla indikována dlouhodobou, stabilní koolokalizací signálů LacR a TetR. Autoři dokázali, že většina translokací je tvořena lokusy, které jsou těsně umístěny před indukcí přerušení (model první kontakt), spíše než v důsledku pohybu dvouvláknových zlomů do proximálních míst (model první rozbití).

kromě metod pro analýzu chromozomových teritorií se pro studium 3D organizace genomu na úrovni struktury domény vyššího řádu používají dvě hlavní komplementární metody: Metody založené na rybách a metody zachycení potvrzení chromozomů . FISH se spoléhá na hybridizaci fluorescenčně značených sond pro vizualizaci jednotlivých lokusů, definovaných částí genomu nebo celých chromozomů. Poskytuje snímek jaderné struktury na úrovni jedné buňky, ale nevýhodou je, že je časově náročná a poskytuje omezené množství informací při nízkém rozlišení. Konformace chromatinu capture (3C) techniky spoléhat na “zmrazení” jaderné struktuře cross-linking interakce v jádře, podvazování fragmentů DNA se konala v blízkosti tím, křížové odkazy, následuje PCR nebo next-generation sekvenování identifikovat hybridní DNA fragmenty, které svědčí o kontakty. Na nejsofistikovanějším konci mohou tyto techniky teoreticky identifikovat všechny možné interakce v celém genomu, ale existují i nevýhody. Na rozdíl od FISH, techniky 3C pracují spíše na populacích buněk než na úrovni jedné buňky, produkující populační průměr, který může odrážet řadu různých konfigurací kontaktů na úrovni jedné buňky. Navzdory výhradám byly metodiky 3C velmi vlivné v oblasti organizace 3D genomu, což přispělo k konceptu topologicky sdružujících domén (TADs). TADs jsou definovány jako oblasti měřící 900 900 kb, kde kontaktní mapy vykazují zvýšené interakce; Studie založené na rybách ukázaly, že sondy umístěné uvnitř TAD jsou fyzicky blíže než sondy, které nejsou umístěny ve stejném TAD, ale jsou odděleny podobnou “lineární” genomickou vzdáleností . Kompletní lidský genom je rozdělen do přibližně 2000 TADs, které se také překrývají s distribucí značek histonů a dalších genomických funkce, jako je replikace načasování (popsáno později). Nejsou však specifické pro buněčný typ a otázka, jakou úroveň strukturální organizace odrážejí a jejich funkční význam, je stále otevřená debatě. Zajímavé je, že translokace frekvence vzor viděn s chromozomu území, může být také vysledovat na TAD úroveň organizace—studie provedena v B-buňkách zjištěno, že pravděpodobnost translokace mezi dvěma loci je silně vztahující se k frekvenci kontaktu mezi nimi, jak je definováno chromozomu potvrzení zachytit generované kontakt mapy .