Mișcarea locală a ADN-ului rămâne constantă în interfața celulară
ADN-ul genomic uman este înfășurat în jurul proteinelor histone nucleare pentru a forma nucleozomi, unitățile fundamentale ale cromatinei. În timpul interfeței, perioada dintre diviziunile celulare, ADN-ul este replicat, iar nucleul devine mai mare. În același timp, celulele trebuie să execute continuu funcții esențiale ale genomului, cum ar fi transcrierea, replicarea ADN-ului și repararea acestuia. Modul în care comportamentul ADN-ului genomic este menținut în timpul acestor schimbări majore a rămas neclar.
O echipă de cercetare condusă de Profesorul Kazuhiro Maeshima de la Institutul Național de Genetică (NIG) și SOKENDAI din Japonia a demonstrat acum că mișcarea medie locală a ADN-ului rămâne aproape constantă pe parcursul interfeței în celulele umane vii. Este important de menționat că cercetătorii au descoperit că această mișcare nu este doar constantă, ci poate crește în răspuns la perturbări celulare precum inhibarea transcrierii, stresul de replicare și daunele ADN-ului.
Într-un studiu anterior, echipa a arătat, folosind celule umane sincronizate, că mișcarea locală a cromatinei rămâne aproape constantă pe parcursul fazelor G1, S și G2. Studiul actual a testat dacă acest comportament este observat și în celule care cresc asincron, fără sincronizare indusă prin medicamente.
Pentru a studia mișcarea ADN-ului în timpul ciclului celular în condiții fiziologice, cercetătorii au combinat imagistica nucleozomelor individuale cu indicatori fluorescenți ai ciclului celular, cunoscuți sub numele de sonde Fucci. Aceste sonde își schimbă culoarea fluorescentă în funcție de progresul ciclului celular, permițând cercetătorilor să identifice etapa ciclului celular a celulelor individuale fără a utiliza tratamente prelungite cu medicamente pentru a le sincroniza.
Prin etichetarea histonei nucleare H2B cu HaloTag, care poate marca ADN-ul în masă, cercetătorii au reușit să vizualizeze și să urmărească nucleozomii individuali în celulele umane vii. Apoi, au combinat aceste măsurători cu semnalele Fucci pentru a determina cum se schimbă mișcarea locală a nucleozomilor pe măsură ce celulele progresează de la faza G1 la S și G2. Folosind celule în creștere asincron, echipa a constatat că mișcarea medie locală a nucleozomilor rămâne aproape constantă pe parcursul interfeței. Acest lucru înseamnă că mișcarea medie locală a ADN-ului rămâne aproape constantă pe parcursul interfeței.
Stabilitatea observată este notabilă, având în vedere că schimbări fizice majore au loc în aceeași perioadă. Pe măsură ce ADN-ul genomic se dublează, volumul nuclear crește substanțial. Cu toate acestea, mișcarea locală a ADN-ului este menținută la un nivel mediu similar.
Cercetătorii au examinat ulterior nucleozomii care conțin varianta histonei H3.3, care este îmbogățită în cromatina activă sau eucromatină. Nucleozomii H3.3-HaloTag au prezentat o mișcare mai mare decât nucleozomii H2B-HaloTag în masă, dar acest nivel mai ridicat de mișcare a rămas, de asemenea, aproape constant pe parcursul interfeței. Aceste rezultate sugerează că diferite medii cromatinice păstrează niveluri caracteristice de mișcare locală pe măsură ce ciclul celular progresează.
„Rezultatele noastre arată că mișcarea locală a ADN-ului este menținută la un nivel surprinzător de similar chiar și în timp ce ADN-ul este duplicat și nucleul crește”, a declarat Yu Nagata. „Această mișcare aproape constantă poate oferi condiții fizice similare pentru funcțiile esențiale ale genomului pe parcursul interfeței.”
Echipa a investigat și dacă această mișcare constantă ar putea fi modificată atunci când celulele se confruntă cu diferite condiții. Inhibarea transcrierii a crescut mișcarea nucleozomilor pe parcursul interfeței. Stresul de replicare indus de hidroxiurea și daunele ADN-ului induse de cisplatina au crescut, de asemenea, mișcarea medie a nucleozomilor.
Celulele par să mențină mișcarea locală a ADN-ului aproape constantă pentru sarcini de rutină, dar pot modifica această mișcare atunci când este necesar. De exemplu, creșterea mișcării ADN-ului după daunele ADN-ului poate ajuta celulele să îndeplinească sarcini ad-hoc, cum ar fi recrutarea factorilor de reparare a ADN-ului.
