cromozom pictura

8 cromozom teritorii

mai degrabă decât să fie dispersate în întregul nucleu, fiecare cromozom ocupă un volum distinct, numit un teritoriu cromozom. Acest lucru a fost demonstrat prin pictura cromozomială—o tehnică bazată pe pești în care genomul este hibridizat la un număr mare de sonde specifice cromozomilor pentru a permite vizualizarea cromozomilor individuali din nucleu. Poziționarea radială a unui cromozom este puternic influențată de compoziția sa—cromozomii săraci în gene tind să ocupe poziții mai aproape de periferia nucleară, în timp ce cromozomii bogați în gene sunt mai frecvent localizați spre interior . Această tendință este ilustrată de cromozomii umani 18 și 19, care au dimensiuni foarte asemănătoare, dar au o compoziție de secvență foarte diferită: cromozomul 18 este sărac în gene, în timp ce 19 este bogat în gene. Laboratorul Bickmore a folosit cromozom territory FISH pentru a investiga pozițiile celor doi cromozomi din nucleu și a constatat că cromozomul 18 a fost localizat în mod constant mai aproape de periferia nucleară decât cromozomul 19 atât în liniile celulare limfoblastoide, cât și în fibroblaste . Poziționarea radială a cromozomilor în nucleu s-a dovedit, de asemenea, a fi specifică țesutului, tipurile de celule mai strâns legate prezentând o poziționare mai similară a cromozomilor . Genomul uman conține, de asemenea, cinci cromozomi acrocentrici, care conțin secvențe de ADNR—cromozomii 13, 14, 15, 21 și 22 care sunt de obicei grupate în jurul nucleolului—locul transcrierii și procesării ARN ribozomal.

regula radială a poziționării cromozomilor influențează, de asemenea, poziționarea segmentelor alternante bogate în gene și sărace în gene în cadrul cromozomilor-în acest caz, segmentele bogate în gene sunt situate mai central, în timp ce regiunile sărace în gene ocupă regiuni mai aproape de periferie. În plus, în teritoriile cromozomiale, segmentele inactive transcripțional sunt situate intern și segmentele active transcripțional sunt la suprafața teritoriului . Acest aranjament permite regiunilor active transcripțional accesul gata la mașinile de transcriere și domeniile bogate în factori metabolici ARNm, cum ar fi focarele SC-35 . Cu toate acestea, structura detaliată a teritoriilor cromozomiale este încă neclară, reflectând lipsa noastră de cunoaștere a structurilor cromatinei care le modelează.

din perspectiva stabilității genomului, o consecință importantă a modelelor de poziționare a cromozomilor se referă la translocații, cea mai frecventă anomalie cromozomială observată în cadrul populației umane. Este bine stabilit că proximitatea fizică a doi cromozomi din nucleu afectează probabilitatea unei translocări între ei (Fig. 23.3).

figura 23.3. Pozițiile preferate ale cromozomilor din nucleu influențează frecvența translocării.

cromozomii cu aceeași poziție radială preferată în nucleu (de exemplu, cromozomii 17 și 19) sunt mai susceptibili de a fi implicați în translocații decât cromozomii cu poziții radiale diferite (de exemplu, cromozomii 17 și 18).

o analiză între frecvențele diferitelor translocații nepatogene din populația umană și pozițiile radiale preferate ale cromozomilor din nucleu a constatat că cromozomii cu poziții nucleare similare formează translocațiimai frecvent decât se aștepta din întâmplare . Un alt studiu a fost capabil să demonstreze apropierea dintre locii BCR și ABL, implicați în translocația t(9; 22) bine caracterizată formând un cromozom “Philadelphia” în leucemia mieloidă cronică. Autorii au arătat că locii BCR și ABL au fost mai apropiați în limfocitele B decât în celulele progenitoare hematopoietice, sugerând că aspectele specifice tipului de celule ale organizării nucleare pot contribui la asocierea anumitor translocații cu anumite tipuri de cancer. În 2013, Laboratorul Misteli a publicat un studiu care explorează dinamica pauzelor cu două fire și formarea ulterioară a translocării într-un sistem elegant: celulele NIH3T3duo codifică un număr mic de site-uri enzimatice de restricție SceI integrate pe cromozomi diferiți, cu unele site-uri adiacente unei matrice LacO și alte site-uri învecinate cu o matrice TetO. La inducerea pauzei de către enzima SceI, a fost posibilă urmărirea pauzelor care au fost marcate cu Lac (LacR) și TET (TetR)-proteine represoare; formarea translocării a fost indicată prin co-localizarea stabilă și de lungă durată a semnalelor LacR și TetR. Autorii au reușit să demonstreze că majoritatea translocațiilor sunt formate din loci care sunt localizați îndeaproape înainte de inducerea ruperii (primul model de contact), mai degrabă decât ca urmare a unei mișcări a pauzelor cu două fire către locațiile proximale (primul model de rupere).

dincolo de metodele de analiză a teritoriilor cromozomiale, două metode complementare principale sunt utilizate pentru a studia organizarea 3D a genomului la nivelul structurii domeniului de ordin superior: Metode pe bază de pește și metode de captare a confirmării cromozomilor . FISH se bazează pe hibridizarea sondelor etichetate fluorescent pentru a vizualiza loci individuali, porțiuni definite ale genomului sau cromozomi întregi. Oferă o imagine a structurii nucleare la nivel de celulă unică, dar dezavantajele sunt că consumă mult timp și oferă o cantitate limitată de informații la o rezoluție scăzută. Tehnicile de captare a conformației cromatinei (3C) se bazează pe “înghețarea” structurii nucleare prin interacțiuni de reticulare în interiorul nucleului, ligând fragmente de ADN ținute în proximitate de legăturile încrucișate, urmate de PCR sau secvențiere de generație următoare pentru a identifica fragmente de ADN hibride, indicative ale contactelor. La cel mai sofisticat final, aceste tehnici pot identifica teoretic toate interacțiunile posibile în întregul genom, dar există și dezavantaje. Spre deosebire de pești, tehnicile 3C funcționează mai degrabă pe populațiile de celule decât la un singur nivel celular, producând o medie a populației care poate reflecta o serie de configurații de contact diferite la nivelul unei singure celule. În ciuda avertismentelor, metodologiile 3c au fost foarte influente în domeniul organizării genomului 3D, contribuind la conceptul de domenii de asociere topologică (TADs). Tad-urile sunt definite ca regiuni care măsoară 900 kb, unde hărțile de contact arată interacțiuni crescute; Studiile pe bază de pește au arătat că sondele situate într-un TAD sunt fizic mai apropiate decât sondele care nu se află în același TAD, dar separate de o distanță genomică “liniară” similară . Genomul uman complet este împărțit în aproximativ 2000 de TADs care se suprapun, de asemenea, cu distribuția semnelor histonice și a altor caracteristici genomice, cum ar fi momentul replicării (descris mai târziu). Cu toate acestea, acestea nu sunt specifice tipului de celule și întrebarea la ce nivel de organizare structurală reflectă și importanța lor funcțională este încă deschisă dezbaterii. Interesant, modelul de frecvență de translocare văzut cu teritoriile cromozomiale poate fi, de asemenea, urmărit la nivelul de organizare TAD—un studiu realizat în celulele B a constatat că probabilitatea translocării între doi loci este puternic legată de frecvența de contact dintre ele, așa cum este definită de hărțile de contact generate de captarea confirmării cromozomiale .