Istraživači sa Nacionalnog instituta za zdravlje mapirali su 3D organizaciju genetskog materijala ključnih razvojnih faza formiranja ljudske mrežnjače, koristeći zamršene modele mrežnjače uzgojene u laboratoriji.
Nalazi postavljaju osnovu za razumevanje kliničkih osobina mnogih očnih bolesti i otkrivaju veoma dinamičan proces kojim arhitektura hromatina, DNK i proteina koji formiraju hromozome reguliše ekspresiju gena. Nalazi su objavljeni u Izveštaji o ćelijama.
„Ovi rezultati pružaju uvid u nasledni genetski pejzaž ljudske mrežnjače u razvoju, posebno za najzastupljenije tipove ćelija koje su obično povezane sa oštećenjem vida kod bolesti mrežnjače“, rekao je glavni istraživač studije, Anand Svaroop, dr. iz Laboratorije za neurobiologiju, neurodegeneraciju i popravku na Nacionalnom institutu za oči (NEI), deo NIH.
Koristeći duboko Hi-C sekvenciranje, alat koji se koristi za proučavanje organizacije 3D genoma, istraživači su kreirali mapu hromatina visoke rezolucije u organoidu ljudske mrežnjače u pet ključnih tačaka u razvoju. Organoidi su modeli tkiva uzgojeni u laboratoriji i projektovani da repliciraju funkciju i biologiju određene vrste tkiva u živom telu.
Geni, sekvence koje kodiraju RNK i proteine, isprepletene su duž dugih lanaca DNK. Ti lanci DNK se pakuju u hromatinska vlakna, koja se namotaju oko histonskih proteina, a zatim u više navrata u petlju formiraju veoma kompaktne strukture koje se uklapaju u ćelijsko jezgro.
Sve te petlje stvaraju milione kontaktnih tačaka gde geni nailaze na nekodirajuće DNK sekvence, kao što su super pojačivači, promoteri i prigušivači koji regulišu ekspresiju gena. Dugo se smatralo „smećem DNK“, sada je prepoznato da ove nekodirajuće sekvence igraju ključnu ulogu u kontroli koji geni će biti eksprimirani u ćeliji i kada. Studije 3D arhitekture hromatina bacaju svetlo na to kako ovi nekodirajući regulatorni elementi vrše kontrolu čak i kada je njihova lokacija na lancu DNK udaljena od gena koje regulišu.
U svakoj od pet ključnih razvojnih faza retinalnih organoida, sekvencionirane su i analizirane milijarde parova kontaktnih tačaka hromatina.
Nalazi otkrivaju dinamičnu sliku: prostorna organizacija genoma unutar jezgra se transformiše tokom razvoja mrežnjače, olakšavajući ekspresiju specifičnih gena u ključnim vremenskim periodima. Na primer, u fazi kada nezrele ćelije počnu da razvijaju karakteristike ćelija retine, kontaktne tačke hromatina se pomeraju iz stanja uglavnom proksimalno obogaćenog da bi dodale više distalnih interakcija.
Takođe se čini da postoji hijerarhija odeljaka koji organizuju interakcije kontaktnih tačaka. Neki od ovih odeljaka, nazvani „A“ i „B“, su stabilni, ali drugi se zamenjuju tokom razvoja, što dalje služi za poboljšanje ili inhibiciju ekspresije gena.
„Skupovi podataka koji su rezultat ovog istraživanja služe kao osnova za buduća istraživanja o tome kako su nekodirajući delovi genoma relevantni za razumevanje divergentnih fenotipova kod poremećaja mutacije pojedinačnih gena (Mendelian), kao i složenih bolesti mrežnjače“, rekao je Svaroop.
