chromosoom Painting
8 Chromosoomgebieden
in plaats van verspreid te zijn over de kern, neemt elk chromosoom een apart volume in, een chromosoomgebied genoemd. Dit is aangetoond door chromosoom het schilderen-een op vissen gebaseerde techniek waar het genoom aan een groot aantal chromosoom-specifieke sondes wordt gekruist om visualisatie van individuele chromosomen binnen de kern toe te staan. De radiale positionering van een chromosoom wordt sterk beïnvloed door zijn samenstelling—gen-arme chromosomen neigen om posities dichter bij de nucleaire periferie te bezetten, terwijl gen-rijke chromosomen vaker naar het binnenland worden gevestigd . Deze trend wordt geïllustreerd door menselijke chromosomen 18 en 19, die in grootte zeer gelijkaardig zijn maar zeer verschillende sequentiesamenstelling hebben: chromosoom 18 is genarm, terwijl 19 genrijk is. Het Bickmore lab gebruikte chromosoom Territorium vissen om de posities van de twee chromosomen in de kern te onderzoeken en vond dat chromosoom 18 consequent dichter bij de nucleaire periferie dan chromosoom 19 in zowel lymfoblastoide en fibroblast cellijnen werd gevestigd . De radiale positionering van chromosomen in de kern werd ook gevonden om weefsel specifiek te zijn, met meer nauw verwante celtypes die meer gelijkaardige chromosoompositionering vertonen . Het menselijke genoom bevat ook vijf acrocentrische chromosomen, die rDNA opeenvolgingen—chromosomen 13, 14, 15, 21, en 22 bevatten die gewoonlijk rond de nucleolus—de plaats van transcriptie en verwerking van ribosomal RNA worden geclusterd.
de radiale regel van chromosoompositionering beïnvloedt ook de positionering van afwisselende genrijke en genarme segmenten binnen chromosomen-in dit geval bevinden zich genrijke segmenten centraler, terwijl genarme regio ‘s regio’ s dichter bij de periferie bezetten. Bovendien, binnen chromosoomgebieden, worden transcriptionally inactieve segmenten intern gevestigd en transcriptionally actieve segmenten zijn aan de oppervlakte van het gebied . Deze regeling staat transcriptionally actieve gebieden ready toegang tot de transcriptiemachines en domeinen toe die aan mRNA metabolische factoren zoals SC-35 foci rijk zijn . Echter, de fijn-detail structuur van chromosoomgebieden is nog onduidelijk, als gevolg van ons gebrek aan kennis van de chromatine structuren die hen vormen.
vanuit het oogpunt van de genoomstabiliteit heeft een belangrijk gevolg van chromosoompositioneringspatronen betrekking op translocaties, de meest voorkomende chromosomale afwijking in de menselijke populatie. Het is duidelijk dat de fysieke nabijheid van twee chromosomen in de kern de waarschijnlijkheid van een translocatie tussen hen beïnvloedt (Fig. 23.3).
figuur 23.3. Voorkeursposities van chromosomen in de kern beïnvloeden de translocatiefrequentie.
chromosomen met dezelfde gewenste radiale positie in de kern (bijv. chromosomen 17 en 19) zijn eerder betrokken bij translocaties dan chromosomen met verschillende radiale posities (bijv. chromosomen 17 en 18).
een analyse tussen de frequenties van verschillende nietpathogene translocaties in de menselijke populatie en de gewenste radiale posities van chromosomen in de kern toonde aan dat chromosomen met vergelijkbare kernposities vaker translocaties vormen dan bij toeval werd verwacht . Een andere studie kon dichte nabijheid tussen de plaatsen BCR en ABL aantonen, betrokken bij de goed gekarakteriseerde T(9; 22) translocatie die een “Philadelphia” chromosoom in chronische myeloid leukemie vormen. De auteurs toonden aan dat de BCR en ABL loci dichter in B-lymfocyten dan in hematopoietic voorlopercellen waren, die suggereren dat celtype–specifieke aspecten van nucleaire organisatie tot de associatie van bepaalde translocaties met bepaalde kankertypes kunnen bijdragen. In 2013 publiceerde het Misteli lab een studie waarin de dynamiek van dubbelstrengbreuken en de daaropvolgende translocatievorming in een elegant systeem wordt onderzocht: NIH3T3duo-cellen coderen een klein aantal SceI-restrictie-enzymsites geà ntegreerd op verschillende chromosomen, met sommige sites naast een LacO-array en andere sites naast een TetO-array. Na de pauze-inductie door het SCEI-enzym, was het mogelijk om de pauzes te volgen die werden gekenmerkt door fluorescent gelabeld Lac (LacR) en Tet (TetR)-onderdrukkereiwitten; translocatievorming werd aangetoond door langdurige, stabiele co-lokalisatie van de LacR-en TetR-signalen. De auteurs konden aantonen dat de meeste translocaties worden gevormd door loci die nauw zijn gelokaliseerd voorafgaand aan de breukinductie (contact-eerste model), in plaats van als gevolg van een beweging van dubbelstrengbreuken naar proximale locaties (breuk-eerste model).
naast methoden voor de analyse van chromosoomgebieden worden twee belangrijke complementaire methoden gebruikt om de 3D-organisatie van het genoom te bestuderen op het niveau van de domeinstructuur van een hogere orde: Op vissen gebaseerde methoden en methoden voor het vangen van chromosomen . De vissen baseert zich op kruising van fluorescently geëtiketteerde sondes om individuele plaatsen, bepaalde delen van het genoom of gehele chromosomen te visualiseren. Het verstrekt een momentopname van nucleaire structuur op het ééncellige niveau, maar nadelen zijn dat het tijdrovend is en een beperkte hoeveelheid informatie bij een lage resolutie verstrekt. De technieken van de het vangen (3C) van de chromatinbouw baseren zich op “het bevriezen” de nucleaire structuur door interactie binnen de kern te kruisen, die fragmenten van DNA in nabijheid door de kruisverbindingen worden gehouden, door PCR wordt gevolgd of volgende generatie rangschikken om hybride fragmenten van DNA te identificeren, indicatief van contacten. Aan het meest geavanceerde einde, kunnen deze technieken theoretisch alle mogelijke interactie door het genoom identificeren, maar er zijn ook nadelen. In tegenstelling tot vissen, werken de technieken 3C op populaties van cellen eerder dan op één celniveau, producerend een populatiegemiddelde dat een aantal verschillende contactconfiguraties op het ééncellige niveau kan weerspiegelen. Ondanks de voorbehouden, zijn 3C methodologieën zeer invloedrijk op het gebied van 3D genoomorganisatie geweest, bijdragend het concept van topologisch associating domeinen (TADs). TADs worden gedefinieerd als regio ‘ s die ∼900 kb meten, waar contactkaarten verhoogde interacties tonen; De op vissen gebaseerde studies hebben aangetoond dat sondes die binnen een TAD worden gevestigd fysisch dichter zijn dan sondes die niet binnen hetzelfde TAD worden gevestigd maar door een gelijkaardige “lineaire” genomic afstand worden gescheiden . Het volledige menselijke genoom is verdeeld in ongeveer 2000 TADs die ook met de distributie van histone merken en andere genomic eigenschappen zoals replicatie timing overlappen (later beschreven). Zij zijn echter niet celtype-specifiek en de vraag welk niveau van structurele organisatie zij weerspiegelen en hun functioneel belang staat nog open voor discussie. Interessant, kan het patroon van de translocatiefrequentie die met chromosoomgebieden wordt gezien ook op het TAD-niveau van organisatie worden getraceerd-een studie die in B-cellen wordt uitgevoerd vond dat de waarschijnlijkheid van translocatie tussen twee loci sterk met de contactfrequentie tussen hen verwant is, zoals bepaald door chromosoombevestigingsvervanging-gegenereerde contactkaarten .
