CAP-C: новый подход к изучению структуры хроматина

Самые популярные методы изучения архитектуры хроматина сегодня — 3C и Hi-C-секвенирование. Они основаны на сшивании близлежащих участков ДНК формальдегидом, разрушении несшитых участков и лигировании концов образующихся Х-образных структур. Однако зачастую разрешение данных методов оказывается снижено из-за контактирующих с ДНК белков, которые закрывают доступ для рестриктаз и лигаз и увеличивают фоновый шум. Американские ученые предложили новую методику, которая позволит строить контактные карты хроматина в субкилобазном разрешении.

Новую методику назвали CAP-C (chemical-crosslinking assisted proximity capture, фиксирование близости с помощью химического перекрестного сшивания). Для сшивания близлежащих участков ДНК ученые использовали новые кросслинкеры, полиамилоамидные дендримеры (PAMAM), которые не взаимодействуют с белками, а сшивают ДНК напрямую. Что примечательно, длину этих молекул можно регулировать при синтезе, причем разнообразие размеров помогает обеспечить сшивание и открытых, и закрытых компартментов. Кроме того, ковалентная связь дендромеров и ДНК позволяет отмыть последнюю от белков и разрезать на фрагменты одинаковой длины. Такое гомогенное фрагментирование позволяет уменьшить фоновый шум на карте контактов. В результате появляется возможность детектировать контакты достаточно близких участков, возрастает разрешение полученной карты и чувствительность метода.

Авторы исследовали геномы дрозофилы, мыши и человека. Судя по полученным данным, в регуляции транскрипции важную роль играют не большие петлевые домены, а более мелкие структуры. Используя CAP-C, исследователи детектировали мелкие непетлевые домены, на границах которых часто расположены активные промоторы и энхансеры, что означает высокую степень транскрибирования. Ранее похожие структуры уже описывали под назаванием «микроТАД» (ТАД — топологически ассоциированные домены). Для того, чтобы определить, как обнаруженные мелкие непетлевые домены связаны с микроТАДами, необходимы дальнейшие исследования.

Авторы предполагают, что 3D структуру хроматина определяют целые комплексы белков, ответственных за активацию транскрипции.

Ученые описали в мышином и человеческом геномах так называемые кластеры инициализации транскрипции TIC (transcription-initiation clusters), в которых контактируют различные активно транскрибирующиеся гены. Эти гены сближаются после начала транскрипции, кластеры они образуют динамично. Предполагается, что большое количество транскрипционных факторов внутри кластеров обеспечивает фосфорилирование РНК полимеразы II, что, возможно, поддерживает высокие уровни экспрессии этих генов. Ингибирование элонгации транскрипции приводит к высвобождению РНК полимеразы II из TIC.

Авторы отмечают, что существуют другие методы, которые позволят проверить их результаты. Например, SPRITE позволяет определять структуру генома в 3D без лигирования концов фрагментов ДНК. Объединение результатов исследований, выполненных с помощью SPRITE, CAP-C и FISH, позволит ученым составить полную картину расположения хроматина в ядре.