I ricercatori del Wistar Institute hanno scoperto nuovi aspetti dell'organizzazione tridimensionale del genoma, in particolare come il materiale genetico viene compattato e decompattato in modo tempestivo durante le diverse fasi del ciclo cellulare. Questo studio è stato pubblicato in Biologia strutturale e molecolare della natura .

"Stiamo appena iniziando ad apprezzare che il modo in cui il nostro genoma è organizzato spazialmente nelle nostre cellule ha un profondo impatto sulla sua funzione, " ha detto l'autore principale dello studio Ken-ichi Noma, dottorato di ricerca, professore associato nel programma di espressione e regolazione genica presso Wistar. "Decifrare la struttura tridimensionale della cromatina è essenziale per comprendere funzioni chiave come la trascrizione, Replicazione e riparazione del DNA".

L'informazione genetica contenuta all'interno di ciascuna delle nostre cellule è codificata da molecole di DNA del valore di parecchi piedi. Una quantità così enorme di materiale genetico viene impacchettata in uno spazio microscopico piegandolo in un complesso altamente organizzato di DNA e proteine ​​chiamato cromatina. Sebbene già notevolmente compattato, la cromatina deve essere ulteriormente condensata all'ingresso in mitosi, il processo che divide ogni cellula in due cellule identiche, al fine di segregare fedelmente il materiale genetico. Proprio come imballiamo gli effetti personali in scatole più piccole quando ci trasferiamo in una nuova casa, è più facile spostare e dividere il DNA sotto forma di cromosomi compattati. Questo processo è noto da diversi decenni, tuttavia i meccanismi molecolari sottostanti che governano la condensazione e la decondensazione della cromatina sono ancora poco definiti.

Il laboratorio Noma ha studiato a fondo i meccanismi di organizzazione del genoma utilizzando il lievito di fissione come organismo modello perché condivide alcune caratteristiche importanti con le cellule umane pur avendo un genoma molto più piccolo.

Noma e colleghi hanno precedentemente descritto come due complessi proteici chiamati condensina e coesina mediano la formazione di strutture funzionali di organizzazione del genoma chiamate domini topologici stabilendo contatti che avvicinano le regioni del DNA situate in lontananza. Nello specifico, la coesione media i contatti locali, formando piccoli domini topologici della cromatina, considerando che la condensa guida i contatti a lungo raggio, organizzare domini più grandi.

Nel nuovo studio, il laboratorio ha applicato una metodologia genomica simile per sezionare la condensazione e la decondensazione della cromatina nei domini topologici nel tempo, in seguito alla formazione e al decadimento dei contatti della cromatina durante le diverse fasi del ciclo cellulare. Hanno scoperto che i domini più grandi mediati dalla condensazione si formano durante la mitosi, considerando che il più piccolo, i domini locali mediati dalla coesione rimangono stabili durante l'intero ciclo.

"Contrariamente a quanto generalmente si credeva sul campo, troviamo che la condensazione e la decondensazione dei domini della cromatina avvengono molto gradualmente e le cellule oscillano dolcemente tra stati della cromatina più e meno condensati, " ha detto il primo autore dello studio Hideki Tanizawa, dottorato di ricerca, uno scienziato dello staff associato nel laboratorio Noma.

Le alterazioni delle strutture tridimensionali del genoma sono legate a malattie genetiche e cancro, presentando un potente esempio di come i processi cellulari di base siano rilevanti per la malattia. "Il campo è ancora in una fase iniziale di scoperta, ma il nostro studio aggiunge nuove informazioni su un processo biologico fondamentale che potrebbe aiutare lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche in futuro, " ha aggiunto Noma.