Il supercomputer rivela come il cromosoma X si piega e si disattiva

Utilizzando modelli dinamici basati su supercomputer basati su dati sperimentali, i ricercatori possono ora esaminare il processo di disattivazione di un cromosoma X in un embrione di mammifero femmina. Questa nuova funzione aiuta i biologi a comprendere il ruolo dell’RNA nel processo di inattivazione del cromosoma X e la struttura dei cromosomi, portando a una comprensione più profonda dell’espressione genica e a nuovi approcci al trattamento farmacologico di disturbi e disturbi basati sui geni. Apri la strada.

“Questa è la prima volta che siamo stati in grado di modellare e spegnere tutto l’RNA che si diffonde attorno al cromosoma”, ha affermato Anna Lapara, una scienziata in visita presso il Los Alamos National Laboratory e fisica dei polimeri presso il Massachusetts General Hospital e l’Università di Harvard. Dice. Di biologia molecolare. Lappala è il primo autore di un paper pubblicato il 4 ottobre. Verbale dell’Accademia Nazionale delle Scienze.. I dati sperimentali statici ?D da soli non hanno la risoluzione per vedere l’intero cromosoma a questo livello di dettaglio. Usando questa modellazione, possiamo vedere che stiamo controllando il processo. Espressione genica La modellazione si basa su dati sperimentali 2D di collaboratori del Massachusetts General Hospital e di Harvard. “

Questo modello è considerato 4D e funziona su un supercomputer di Los Alamos perché mostra movimenti che includono il tempo in quattro dimensioni. Il modello incorpora anche dati sperimentali dal genoma del topo ottenuti con un metodo molecolare chiamato 4DHiC. La prima è una metodologia che combina molecole e calcoli.

Nella visualizzazione, le particelle di RNA sono raggruppate sul cromosoma X. I fili aggrovigliati simili a spaghetti si contorcono e si rimodellano, quindi le particelle inghiottono e penetrano nella profondità dei cromosomi, spegnendoli. Vedi visualizzazione:

“Questo metodo ci consente di sviluppare un modello interattivo di questo processo epigenetico”, ha affermato Genie T. Lee, professore di genetica presso la Harvard Medical School e vicepresidente di biologia molecolare presso il Massachusetts General Hospital. aumento. Dati sperimentali Supporta il modello.

L’epigenetica è lo studio dell’espressione genica e dei cambiamenti nei tratti genetici senza mutazioni genomiche.

“Ciò che manca in quest’area è un modo per gli utenti non computazionali di entrare nel cromosoma in modo interattivo”, ha detto Lee. Ha confrontato l’uso del modello di Los Alamos con l’uso di Google Earth. Qui, “Puoi ingrandire ovunque sul cromosoma X, selezionare il tuo gene preferito e vedere altri geni. gene Guardati intorno e vedi come interagiscono. “Questa capacità può fornire informazioni su, ad esempio, come si diffonde la malattia, ha detto.

Sulla base dello studio in questo articolo, la biologa strutturale del Los Alamos National Laboratory Carissa Sanbonmatsu ha affermato che Los Alamos è ora uno stile di Google Earth che consente agli scienziati di caricare dati genomici e visualizzarli dinamicamente in 3D a vari ingrandimenti. Sto sviluppando un browser per. Autore corrispondente del trattato, e capo progetto nello sviluppo di metodi computazionali.

Nei mammiferi, gli embrioni femminili rimangono incinti con due cromosomi Xs, ereditati da ciascun genitore. L’inattivazione del cromosoma X blocca il cromosoma, che è un passo importante per la sopravvivenza dell’embrione, e i cambiamenti nell’inattivazione del cromosoma X possono causare una varietà di disturbi dello sviluppo.

Il nuovo modello di Los Alamos facilita una comprensione più profonda dei problemi associati all’espressione genica, che potrebbe portare al trattamento farmacologico di varie malattie e disturbi basati sui geni, ha affermato Lee.

Il nostro obiettivo principale era vedere i cambiamenti nella forma dei cromosomi e vedere i livelli di espressione genica nel tempo, ha detto Sanbonmatsu.

Per capire l’attivazione e la disattivazione del gene, Sanbonmatsu ha affermato: “Conoscere la struttura dei cromosomi è davvero utile. È un’ipotesi che i cromosomi compressi e ben strutturati tendano a spegnere i geni. Ma non ci sono molte pistole fumanti. A questo proposito. Modellando una struttura 3D in movimento, possiamo avvicinarci alla relazione tra compressione strutturale e gene off. “

Lee ha paragonato la struttura dei cromosomi agli origami. Forme complesse che ricordano gru di carta forniscono molte superfici per l’espressione genica e possono essere preferite per mantenere l’attività biologica.

Questo modello mostra varie sottostrutture dei cromosomi. Quando è chiuso, “un processo frammentario in cui vengono mantenute alcune sottostrutture e alcune vengono dissolte”, ha affermato Sanbonmatsu. Attraverso una transizione graduale, vediamo fasi iniziali, intermedie e finali. È importante per l’epigenetica perché è la prima volta che siamo in grado di analizzare transizioni strutturali dettagliate nei cambiamenti epigenetici.滭/p>

La modellazione mostra anche i geni sulla superficie del cromosoma che evitano l’inattivazione del cromosoma X, confermando i primi lavori sperimentali. Nel modello, si raggruppano e interagiscono chiaramente o lavorano insieme sulla superficie del cromosoma.

Un’altra intuizione della modellazione è che “quando ti sposti da un X attivo quando il cromosoma è ancora abbastanza grande a un X piccolo, compatto e inattivo, scopri che il nucleo del cromosoma è molto denso, ma la superficie è molto più piccola. È più denso. C’è più movimento in superficie. “Poi, c’è una regione intermedia in cui i cromosomi possono essere riorganizzati, né troppo velocemente né troppo lentamente”.

L’X inattivo può essere attivato successivamente in un processo chiamato attivazione correlata all’età dell’X inattivo. “Ciò è particolarmente correlato ai problemi delle cellule del sangue che sono noti per causare l’autoimmunità”, ha affermato Lee. “Alcuni studi stanno cercando di curare la neuropatia di un bambino attivando l’X inattivo e restituendo al bambino ciò che manca del cromosoma X attivo. Ad esempio, il bambino provoca la malattia. Potresti avere una possibile mutazione. Ci chiediamo se può essere riattivato. Se è una copia normale dell’X inattivo, riceveremo un trattamento epigenetico per quella mutazione. Diventare.”

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La ricerca rivela nuovi indizi sulla struttura del cromosoma X

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Per maggiori informazioni:
La ricostruzione del cromosoma 4D rivela il riarrangiamento spaziotemporale del cromosoma X dei mammiferi. PNAS (2021). doi.org/10.1073/pnas.2107092118

Fornito da
Laboratorio Nazionale di Los Alamos

Citazione: Il supercomputer rivela come viene piegato e disattivato il cromosoma X (4 ottobre 2021).

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