En grupp forskare under ledning av University of Virginia hälsovårdssystem genetiker har upptäckt en stor hemlighet i mysterium hur DNA-helix replikerar sig gång på gång.
Det visar sig att det är inte bara sekvensen av baser (byggstenar) i DNA, men hur löst eller tätt packade kromatin (materialet som utgör kromosomer) också vid olika tidpunkter av den kromosom som är kritiska.
Där kromatin är förpackade mer löst generna som replikeras tidigare än andra gener och uttrycks på höga nivåer. Där kromatin är tät, dessa gener replikeras senare och uttrycks inte.
"Vårt arbete visade att vi genom att titta på tidpunkten för replikering, kunde förutse vilka gener är i en miljö som kan uttryckas och potential att cell har för att gå ned olika banor differentiering," säger Anindya Dutta, M.D., UVa professor i biokemi och molekylär genetik, som ledde den replikering del av det största projektet koda offentliggörs i naturen tidning (14 juni). "Tidpunkten för replikering av olika delar av vår arvsmassa är mycket snyggt korrelerade med kromatin förpackning."
Detta konstaterande hållas sant för både cellinjer som studerade, cellinje HeLa livmoderhalscancer och en normal cellinje (Lymfatisk celler). "Vår förvåning, vad HeLa cellerna förutsäga i kromatin förpackning hölls true i lymfocyter, även om HeLa celler är cancerceller med kodat gener," Dutta sade. "Kromatin förpackningar prognoser var ungefär jämförbar."
Kromosomer, sedan är inte bara en ram av DNA men också är influerad av de proteiner som packar DNA, särskilt histoner. Denna förpackning avgör hur cellens enzymer får tillgång till DNA att läsa av DNA och replikera, slutligen för att skapa alla de proteiner som behövs av en given cell.
Flera andra forskare runt om i landet var en del av detta större projekt, uppslagsverk för DNA-element (koda) projektet, med hjälp av två förinställda cellinjer. Sammanfattningsvis konsortiet tittat på bara 1 procent av det mänskliga genomet, med HeLa och lymfatisk celler för att studera. Grupper som utför andra experiment fann att deras data om genetiska uttryck fullständigt korrelerade med vad Dutta labbet skulle har förutsagt, i gen uttryck tidsinställning. I koda säger studie, nästa projekt är att undersöka de återstående 99 procenten av genomet, med minst 10 mer cellinjer, Dutta.
En av de mycket intrikata frågor som kommer från resultaten är: vad bestämmer gränserna mellan aktivt uttrycka domäner av en kromosom och de inaktiva delarna "
-Längden som är aktiv i varje kromosom är sannolikt att skilja mellan olika typer av celler eftersom olika gener uttrycker, sade Dutta. "Hur att gränsen flyttas så att något som var inaktiva i en cell är nu aktiva i en annan cell linje?"
Framtida forskning kommer att bidra till att berätta denna historia, men en möjlighet är att särskilda proteiner och binda med kromosomavvikelser element. Deras arbete kan vara att greppa om till en plats på en kromosom och definiera elementet gräns.
"Det finns ingenting i den DNA-sekvensen av baser som ställer in områden gränslinje mellan aktiva och inaktiva delar, men helt klart kromosomen är inställt att ha dessa domäner," förklarar Dutta.