После повреждения меняется не только активность генов, но и пространственная организация ДНК внутри клеточного ядра. Эксперимент на плодовой мушке Drosophila melanogaster показал, что три дальние хроматиновые петли, усиливающиеся при восстановлении ткани, необходимы для нормальной регенерации зачатка крыла. Результаты получены на животной модели и пока не позволяют делать выводы о регенерации тканей человека.
Работа опубликована в журнале Science Advances. Исследование возглавила Монтсеррат Короминас (Montserrat Corominas) из Университета Барселоны (University of Barcelona) и Института биомедицины (Institute of Biomedicine, IBUB). В работе также участвовали специалисты Национального центра геномного анализа (Centre Nacional d’Anàlisi Genòmica, CNAG), Центра геномной регуляции (Center for Genomic Regulation, CRG) и Университета Лозанны (University of Lausanne).
Как трехмерная структура генома влияет на работу генов
В ядре клетки дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) связана с белками и образует хроматин. Он упаковывает геном, но эта упаковка не статична: отдельные участки хромосом могут сближаться в трехмерном пространстве, даже если в линейной последовательности ДНК они расположены далеко друг от друга.
Одним из вариантов таких контактов являются хроматиновые петли. Они способны физически сближать удаленные участки генома и тем самым участвовать в регуляции активности генов.
Чтобы проследить за пространственной перестройкой генома при восстановлении ткани, исследователи изучили имагинальные диски крыла Drosophila melanogaster. Для картирования контактов между различными участками хроматина использовали метод Hi-C — технологию, позволяющую определить, какие области генома находятся рядом друг с другом внутри ядра.
Анализ показал, что крупные элементы организации генома в основном сохранялись. В частности, относительно стабильными оставались топологически ассоциированные домены — участки генома, внутри которых контакты ДНК происходят чаще, чем с соседними областями. Однако при регенерации становилось менее выраженным разделение хроматина на крупные пространственные компартменты и ослабевала изоляция границ между доменами.
Три петли оказались функционально важными
На фоне этих изменений ученые обнаружили три дальние хроматиновые петли, частота контактов в которых возрастала во время регенерации.
Команда не ограничилась наблюдением этой связи. Исследователи целенаправленно удаляли участки ДНК, служившие «якорями» для формирования каждой из петель. После такого вмешательства восстановление имагинального диска нарушалось, тогда как нормальное развитие крыла оставалось в значительной степени сохранным.
По словам одного из ведущих авторов работы Карлоса Камиллери-Роблеса (Carlos Camilleri-Robles), эти эксперименты позволили показать, что обнаруженные петли необходимы именно для эффективной регенерации, а не просто появляются одновременно с ней.
Нарушение любой из трех петель также сопровождалось сходными изменениями экспрессии генов. Кроме того, менялось трехмерное окружение участков хроматина с меткой H3K4me1 — модификацией гистона H3, связанной с регуляторными областями генома. Авторы считают, что эти наблюдения указывают на согласованную работу пространственной структуры хроматина и механизмов регуляции генов во время восстановления ткани.
Почему результат важен
До сих пор регенерацию часто описывали прежде всего через изменение активности отдельных генов и сигнальных путей. Новая работа показывает, что для полноценного ответа на повреждение может иметь значение и физическое расположение этих генов и их регуляторных областей внутри ядра.
Первая автор исследования Пальмира Льоренс-Хиральт (Palmira Llorens-Giralt) отмечает, что результаты указывают на дополнительный уровень контроля экспрессии генов при восстановлении тканей — трехмерную архитектуру генома.
При этом речь идет о механистическом исследовании на дрозофиле. Оно не доказывает, что те же три петли или идентичный механизм необходимы для заживления тканей человека. Также работа посвящена конкретной модели регенерации, поэтому еще предстоит выяснить, насколько общими являются выявленные закономерности для других тканей и организмов.
Таким образом, исследование дает функциональные доказательства того, что пространственная организация генома может не просто сопровождать регенерацию, а непосредственно участвовать в ней. Это расширяет представление о том, как клетки перестраивают программу работы генов после повреждения, но клиническое значение такого механизма пока остается неизвестным.
О другом исследовании на дрозофилах, связывающем состояние хроматина со способностью клеток восстанавливать ткани, можно прочитать в материале МКБ-11 «Ученые выяснили, почему стволовые клетки со временем теряют способность восстанавливать ткани».
Литература
Llorens-Giralt P., Camilleri-Robles C., Zuber L., Khadka J., Marti-Marimon M., Crespo-Pera A., Serras F., Gambetta M. C., Marti-Renom M. A., Corominas M. 3D genome organization in tissue regeneration involves long-range chromatin loops // Science Advances. — 2026. — Vol. 12, No. 32. — eaea8281. — DOI: 10.1126/sciadv.aea8281.