Onderzoekers van Skoltech en hun collega's hebben de regulatie van zenuwcellen onderzocht. Het vergroten van de kennis over regulatiemechanismen zou een beter begrip mogelijk kunnen maken van hoe het gezonde brein werkt en wat er misgaat bij ontwikkelings- en oncologische ziekten die verband houden met regulatiefouten. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nucleic Acids Research .

Op enkele uitzonderingen na bevatten alle cellen in een organisme hetzelfde DNA. Desondanks zijn er zelfs binnen één orgaan cellen van verschillende typen die sterk variëren in hoe ze eruitzien en zich gedragen. Het zenuwweefsel in de hersenen bestaat bijvoorbeeld uit neuronen, die de signalen doorgeven, en de ondersteunende gliacellen.

Een dergelijke specialisatie is het resultaat van genregulatie, dat wil zeggen de selectieve activering en deactivering van de genen die in het DNA zijn gecodeerd. Het kan zowel tijdens de initiële ontwikkeling van een cel als in een volwassen cel voorkomen.

Een van de belangrijkste mechanismen van genregulatie is afhankelijk van de driedimensionale structuur. De manier waarop de enkele meters DNA per celkern in 3D-ruimte zijn gevouwen, maakt het mogelijk om bepaalde genen in een bepaalde fase van het leven van de cel of voor specifieke celtypen aan of uit te zetten.

Zelfs onder neuronen zijn er die van de exciterende en de wat zeldzamere remmende variant, en deze twee soorten zenuwcellen moeten verschillende genetische programma's uitvoeren:ze hebben verschillende genen nodig om actief te zijn. Het op de juiste manier vouwen van DNA is een sleutelmechanisme dat dit mogelijk maakt.

Bij het nauwkeurig vouwen van DNA in 3D-vormen gaat het om het bouwen van lussen op de juiste plaatsen. Dit wordt gedaan door speciale eiwitten die interageren met bepaalde genen die essentieel zijn voor het ontstaan ​​van de juiste structuur. Als er een probleem is met die genen, vouwt de cel zijn DNA verkeerd, wat leidt tot verstoorde genregulatie, wat ziekten kan veroorzaken.

Een slecht gereguleerde gliacel die zich bijvoorbeeld veel vaker deelt dan zou moeten, is een kankercel. Ook bepaalde ontwikkelingsstoornissen houden verband met een onjuiste ruimtelijke structuur van het DNA. Een voorbeeld is het Cornelia de Lange-syndroom, een ernstige ziekte die wordt gekenmerkt door talrijke fysiologische en cognitieve afwijkingen.

"Ons onderzoek bevordert ons begrip van dergelijke ziekten en van hoe genregulatie werkt in gezonde cellen", zegt Ilya Pletenev, de hoofdauteur van de studie en een Skoltech Ph.D. student levenswetenschappen.

"In dit specifieke onderzoek hebben we aangetoond dat de genen die een neuron moet uitschakelen, zich in de ruimte vaak dicht bij elkaar bevinden, ook al zouden ze ver weg zijn geweest als je het DNA in een lange eendimensionale streng zou uitlijnen." We denken dat dit het waarschijnlijk gemakkelijker maakt voor repressoreiwitten om die genen massaal uit te schakelen.

‘Ook hebben we laten zien dat het DNA van neuronen en gliacellen op verschillende plaatsen lussen vormt. Bovendien zijn het de genen die belangrijk zijn voor het celtype in kwestie die de neiging hebben zich op te hopen aan de basis van een lus, waardoor het mogelijk gemakkelijker wordt voor activators om zich te ontwikkelen. eiwitten om ze tegelijkertijd aan te zetten."

Meer informatie: Ilya A Pletenev et al., Uitgebreide polycomb-interacties over lange afstand en zwakke compartimentering zijn kenmerken van het menselijke neuronale 3D-genoom, Nucleïnezurenonderzoek (2024). DOI:10.1093/nar/gkae271

Journaalinformatie: Nucleïnezurenonderzoek

Aangeboden door Skolkovo Instituut voor Wetenschap en Technologie