Архитектура хроматина в музейных образцах вековой давности может быть реконструирована

Состояние хроматина, состоящего из обернутой вокруг белков ДНК, влияет на экспрессию генов и постоянно меняется в ответ на приходящие сигналы. Хроматин может быть плотно упакован, тогда говорят о гетерохроматине (обычно в этом случае гены не транскрибируются), или более доступен в областях эухроматина (обычно транскрипционно активных). Изучение архитектуры хроматина у организма может многое нам сказать об его развитии, старении, заболеваниях и воздействии стрессоров. Особый интерес представляют музейные образцы. Долгое время считалось, что хранение образцов в формалине не позволяет их изучать методами молекулярной биологии. Однако недавние исследования показали, что это не так. В новой работе австралийские ученые проанализировали архитектуру хроматина из образцов позвоночных.

Так как авторы работали с образцами, хранящимися в формалине, то они применили методы, требующие использования формальдегида — FAIRE-Seq и MNase-Seq. При MNase-Seq микрококковая нуклеаза разрушает ДНК на участках между нуклеосомами, после чего связанные с гистоновыми белками участки можно секвенировать. При FAIRE-Seq формальдегид более активно связывает ДНК в составе нуклеосом, после чего несшитую ДНК участков между нуклеосомами можно секвенировать. Таким образом, MNase-Seq обогащает гетерохроматин, а FAIRE-Seq — эухроматин.

Сначала исследователи проанализировали влияние времени фиксации на дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Для этого дрожжи культивировали при нормальных и слишком теплых условиях, а затем фиксировали в 1%-ном формальдегиде 15 мин, 1, 6 и 24 часа. Фиксация изменяла, но не уничтожала следы наличия нуклеосом. Все времена фиксации позволяли изучить ответ дрожжей на тепловой шок.

Далее авторы попробовали изучить архитектуру хроматина фиксированных образцов лабораторных и диких мышей Mus musculus и сравнили ее с архитектурой хроматина свежих образцов печени. Они показали, что MNase-Seq имел лучшую воспроизводимость, а полученные с его помощью результаты для фиксированных образцов больше напоминали профили, найденные в свежих образцах.

При воздействии на относительно свежие образцы фермент MNase разрезает ДНК рядом с нуклеосомами и уничтожает несвязанную ДНК, высвобождая связанную. Но при долговременной фиксации хроматина доступ MNase к несвязанной ДНК затруднен, и мы можем получить сигналы только из самых открытых областей. Приходится дольше воздействовать ферментом, что приводит к деградации как линкерной ДНК, так и ДНК, входящей в состав нуклеосом, в открытом хроматине, а также к высвобождению фрагментов из относительно недоступных областей. То есть меняется паттерн глубины прочтений.

Наконец авторы определили архитектуру хроматина у пяти образов восточной водной ящерицы (Intellegama lesueurii lesueurii) из Австралии. Они были сохранены в формалине с 1905 по 2001 гг. Использовалось небольшое количество тканей печени, чтобы по возможности сохранить целостность образца. Авторы использовали только MNase-Seq, который лучше показал себя в предыдущих опытах. Полученные результаты сравнили с архитектурой хроматина свежих образцов. Исследователи подтвердили, что их подход применим и к архивным образцам возрастом 117 лет.

Если исключить влияние пола, то видно, что профили хроматина ящерицы и мыши отражают местообитание особей. Так, ящерицы, обитающие в городских условиях, кластеризовались отдельно от особей, пойманных в дикой природе. А данные лабораторных мышей сильно отличались от данных диких.

По архитектуре хроматина можно многое сказать о профиле экспрессии генов, больше, чем при анализе метилирования. По мнению авторов, их работа поможет понять, как менялась генная экспрессия у организмов за последний век, а также смоделировать, как она будет меняться в будущем.

Реконструирована трехмерная архитектура генома мамонта