Вчені зробили важливий крок до розуміння того, як форма ДНК впливає на роботу людського організму. Дослідники з Північно-Західного університету США у співпраці з міжнародним проєктом 4D Nucleome створили найдетальніші на сьогодні карти просторової організації людського геному — не лише в трьох вимірах, а й у часі. Результати роботи опубліковані в авторитетному журналі Nature. ДНК — це не просто «нитка» У шкільних підручниках ДНК часто зображають як довгу закручену спіраль. Насправді ж усередині ядра клітини вона постійно складається, утворює петлі, зони та складні просторові структури. Завдяки цьому ділянки геному, які знаходяться далеко одна від одної за послідовністю, можуть тісно контактувати. Саме така «архітектура» ДНК визначає, які гени будуть активними, а які — «вимкненими». Від цього залежать розвиток клітин, їхня спеціалізація, а також виникнення різних захворювань. «Щоб зрозуміти, як працює клітина, потрібно знати, як геном складається і перебудовується в просторі», — пояснює один із керівників дослідження Фенґ Юе, професор молекулярної медицини та директор Центру геноміки раку при Північно-Західному університеті. Геном у чотирьох вимірах У межах дослідження науковці проаналізували людські ембріональні стовбурові клітини та фібробласти — клітини сполучної тканини. Використовуючи одразу кілька передових геномних технологій, вони створили єдину базу даних, яка показує, як ДНК організована в ядрі клітини та як ця організація змінюється з часом. Серед ключових результатів: виявлено понад 140 тисяч хроматинових петель у кожному типі клітин — саме вони з’єднують регуляторні ділянки з генами; створено детальну класифікацію доменів хромосом та визначено їхнє розташування всередині ядра; побудовано 3D-моделі цілих геномів на рівні окремих клітин, що дозволяє побачити, де саме «розміщений» кожен ген. Ці дані показали, що навіть клітини одного типу можуть мати різну просторову організацію ДНК, і ці відмінності напряму пов’язані з активністю генів та процесами поділу клітин. Навіщо це потрібно медицині Окрема частина роботи була присвячена оцінці самих технологій. Оскільки жоден метод не здатен повністю «зчитати» 4D-структуру геному, вчені порівняли їхні можливості та обмеження. У результаті вони створили своєрідну інструкцію для інших дослідників — який інструмент краще підходить для виявлення петель, кордонів доменів чи змін положення ДНК у ядрі. Ще один прорив — розробка комп’ютерних моделей, які можуть передбачати, як геном складатиметься, виходячи лише з його послідовності. Це означає, що в майбутньому науковці зможуть оцінювати вплив генетичних мутацій, зокрема пов’язаних із хворобами, без складних і дорогих експериментів. «Більшість мутацій, пов’язаних із захворюваннями людини, знаходяться не в самих генах, а в так званих некодуючих ділянках», — зазначає Юе. — «Розуміння тривимірної організації геному допомагає передбачити, на які гени ці зміни насправді впливають». Крок до майбутніх терапій Дослідження підтверджує: геном — це не лише послідовність літер, а й складна динамічна структура. Порушення цієї структури вже пов’язують із розвитком раку, лейкемії, пухлин мозку та вроджених розладів. Учені сподіваються, що створені 4D-карти стануть основою для нових методів діагностики й лікування, де враховуватиметься не лише «текст» ДНК, а й те, як він складений усередині клітини. Фактично, наука зробила ще один крок до повного розуміння того, як працює «інструкція життя» — у просторі та в часі.