Как трёхмерная структура хроматина влияет на активность генов

Многие участки генома формируют топологически ассоциированные домены (TAD). Части генома внутри этих доменов могут чаще взаимодействовать друг с другом, оставаясь изолированными от внешних областей. На схеме показано, как пропорции взаимодействий в TAD-подобных доменах отдельных клеток (scDomains) связаны с положением геномного локуса относительно 3D-структуры его scDomain. Авторы: Келли Ичен Ли, Кевин Йип, Sanford Burnham Prebys

В учебниках по биологии человеческий геном и ДНК обычно представляются только в одном измерении. Хотя линейное представление ДНК помогает в обучении, такое упрощение недооценивает важность трёхмерной структуры генома.

Чтобы уместиться в ядре клетки, около двух метров ДНК наматываются на белковые «катушки» — гистоны. В упакованной форме (хроматин) ДНК образует множество петель и сгустков. Хотя это может казаться хаотичным, такие структуры обеспечивают контакт определённых участков генома, изолируя другие.

Нарушения этой 3D-структуры связаны с различными заболеваниями, включая расстройства развития и рак. Почти 12% геномных регионов в клетках рака груди имеют проблемы со структурой хроматина, а другие структурные аномалии вызывают Т-клеточный острый лимфобластный лейкоз.

Учёные из Sanford Burnham Prebys и их коллеги из Гонконга опубликовали 27 июня 2025 года в журнале Genome Biology новое исследование, раскрывающее влияние 3D-структуры хроматина на регуляцию генов.

«Мы знаем, что многие участки генома формируют топологически ассоциированные домены (TAD). Части генома внутри этих доменов взаимодействуют чаще, оставаясь изолированными от внешних областей», — объясняет Келли Ичен Ли, ведущий автор исследования.

Учёные заметили, что TAD-подобные регионы в отдельных клетках принимают глобулярную форму, напоминающую неровную картофелину. Особенности этих структур на 3D-изображениях навели на мысль, что они могут влиять на активность близлежащих генов.

«Если представить сгустки хроматина в форме картофелины, то участки ближе к поверхности будут активнее из-за доступа к биохимическим сигналам в ядре», — говорит Кевин Йип, старший автор работы.

Подобно тому, как кожура картофеля защищает его мякоть, учёные предположили, что сигналы, активирующие гены, труднее достигают глубоких участков хроматина. Для проверки они разработали метод измерения «центральности» геномного региона в сгустке хроматина.

Исследователи планируют продолжить сотрудничество с лабораторией Пьера Лоренцо Пури, чтобы изучить влияние 3D-структуры генома на развитие мышечных стволовых клеток и прогрессирование мышечной дистрофии.

Дополнительная информация: Kelly Yichen Li et al, Regulatory roles of three-dimensional structures of chromatin domains, Genome Biology (2025). DOI: 10.1186/s13059-025-03659-7