DNA organizasyonunun uzun süredir var olan biyolojik gizemi şimdi...

DNA organizasyonunun uzun süredir var olan biyolojik gizemi şimdi çözüldü!

Yeni bir teknik, kromatin boyalı bir metalle boyama ve elektron mikroskobuyla (EM) görüntülemeyle bir hücre çekirdeği (mor, sol alt) içinde kromatin yapısını ve organizasyonu 3-D görselleştirme sağladı.

Orta blok, yakalanan EM görüntü verisini gösterir, ön blok EM verilerinden kromatin organizasyonunu gösterir ve arka blok, seyrek (camgöbeği ve yeşil) yoğunluktaki (turuncu ve kırmızı) kromatin yoğunluğunun kontur çizgilerini gösterir. Credit: Image courtesy of Salk Institute

Vücudumuzdaki tüm hücrelerin DNA’sı uzatılırsa Pluto’ya ulaşabilir!
San Diego California Üniversitesi ve Salk Enstitüsü'ndeki bilim insanları, ilk kez canlı insan hücrelerinin çekirdeğinde DNA ve proteinlerin kombinasyonu olan insan kromatininin 3D yapısının benzeri görülmemiş bir görünümünü sağladı.
27 Temmuz 2017'de Salk araştırmacıları, ChromEMT adlı birleşik bir teknolojide gelişmiş mikroskopi ile eşleştirildiğinde hücrelerdeki kromatin yapısının oldukça detaylı bir şekilde görselleştirilmesini sağlayan yeni bir DNA boyası tespit etti.
Salk Doçenti Clodagh O'Shea, "Biyoloji bilimindeki en büyük zorluklardan biri, çekirdekte DNA'nın daha üst düzey yapısını ve bunun genomdaki işlevleriyle nasıl bağlantılı olduğunu keşfetmektir " dedi.

Francis Crick ve James Watson DNA'nın birincil yapısını bir çift sarmal olarak belirlediklerinden beri, bilim adamları DNA'nın tüm uzunluğunun çekirdeğe sığması için nasıl organize edildiğini merak ettiler. X ışınları ve mikroskopi, birincil kromatin düzen seviyesinin, nükleozomlar olarak adlandırılan yaklaşık 11 nanometre (nm) parçacıklar oluşturmak üzere protein etrafında biriken 147 baz DNA'yı içerdiğini gösterdi. Bu nükleozom "ip üzerindeki boncuklar" daha sonra kromozom oluşturana kadar artan çaplı (30, 120, 320 nm vb.) ayrı liflere katlanır.
O'Shea'nın ekibi, bozulmamış bir çekirdekte kromatin görselleştirme sorununu çözmek için, bir takım aday boyaları taradı. DNA'yı metalle kaplayarak, yerel yapısı ve 3D polimer organizasyonu canlı bir hücrede görüntülenebilir. Ekip, kağıt yapımcılarından biri olan profesör ve mikroskopi uzmanı Mark Ellisman tarafından, 3D yapılarının yeniden yapılandırılmasını sağlayan bir elektron demetinde numuneleri yatıran gelişmiş bir elektron mikroskobu formundan faydalanmak için University of California, San Diego ile ortaklık kurdu. O'Shea'nın ekibi, kromatin boyasını elektron mikroskop tomografisi ChromEMT ile birleştiren tekniği ortaya çıkardı.
Ekip, insan genomunun ikonik görüntüsü olan 23 çift mitotik kromozomun DNA'yı en yoğun formuna sıkıştırdığı zaman, dinlenme insan hücrelerinde ve hücre bölünmesi sırasında kromatin görüntüleme ve ölçmek için ChromEMT kullandı. Şaşırtıcı bir şekilde, hiçbir yerde ders kitap modelinin üst düzey yapılarını görmediler.
Salk araştırma görevlisi olan Horng Ou ‘Çekirdekten çıkarılan ve in vitro işleme tabi tutulan kromatin - test tüplerinde - sağlam bir hücrede kromatin gibi görünmeyebilir, bu nedenle bunu in vivo olarak görmek son derece önemlidir.’ diyor.

O'Shea'nın ekibinin gördüğü şey, "ip üzerindeki boncuklar" teorikleştirilmiş 30 veya 120 veya 320 nanometre gibi daha üst düzey bir yapı oluşturmayan kromatindi. Bunun yerine, yarı esnek bir zincir oluşturdu; bu zincir, 5 ila 24 nanometre arasındaki uzunluğu boyunca kesintisiz olarak ölçülmüş, farklı sıkıştırma seviyelerine ulaşmak için bükülmüştür. Bu, genomun hangi bölümlerinin aktif ve bastırılmış olduğunu belirleyen kromatin yoğunluğunun ve daha üst düzey bir yapı olmadığını önermektedir.
Ekip, 3B mikroskobu yeniden yapılandırmaları ile, 250 nm x 1000 nm x 1000 nm hacimdeki kromatin buruşukluklarını döndürmeyi başardı. Sonuçlar, DNA organizasyonunun ders kitap modelini potansiyel olarak desteklemekle birlikte, kromatin erişiminin kontrol edilmesinin kanser gibi hastalıkların önlenmesi, teşhis edilmesi ve tedavisinde yararlı bir yaklaşım olabileceğini düşündürmektedir.
O'Shea, "Kromatin'in çekirdeğe sığması için ayrı üst düzey yapılar oluşturması gerekmediğini gösteriyoruz," diye ekliyor. "Bu, değişebilir ve kromatin erişilebilirliğini sınırlayabilir, DNA kümeleri, nükleosom varyasyonları ve modifikasyonları çekirdeğe entegre edilerek işlevsel aktiviteyi ve erişilebilirliğin ince ayarını yapmak için yerel ve küresel bir yapısal temel oluşturan paketleme yoğunluğudur. "
Gelecekteki çalışma, kromatin yapısının hücre türleri arasında, hatta organizmalar arasında evrensel olup olmadığını inceleyecektir.

Kaynak:
Horng D. Ou, Sébastien Phan, Thomas J. Deerinck, Andrea Thor, Mark H. Ellisman, Clodagh C. O’Shea. ChromEMT: Visualizing 3D chromatin structure and compaction in interphase and mitotic cells. Science, 2017; 357 (6349): eaag0025 DOI: 10.1126/science.aag0025
Salk Institute. "Longstanding biological mystery of DNA organization now solved." ScienceDaily.

www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170727141510.htm

Çeviren ve Derleyen: Minenur Kalyoncu

#organizasyonunun #süredir #biyolojik #gizemi #şimdi #çözüldü!