Een team onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Francisco (UCSF) heeft een nieuwe relatie ontdekt tussen de timing van DNA-replicatie en hoe genen zich vouwen tot 3D-structuren in de celkern. Deze bevinding zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor het begrip van hoe het genoom is georganiseerd en gereguleerd, en voor het ontwikkelen van nieuwe behandelingen voor ziekten veroorzaakt door DNA-schade.

Uit de studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Genetics, bleek dat genen die vroeg in de celcyclus worden gerepliceerd, eerder compacte, gevouwen structuren vormen, terwijl genen die laat worden gerepliceerd eerder open, uitgebreide structuren vormen. Dit verschil in vouwing lijkt verband te houden met de activiteit van een eiwit genaamd CTCF, waarvan bekend is dat het een rol speelt bij het organiseren van het genoom in lussen.

"Onze bevindingen suggereren dat de timing van DNA-replicatie een belangrijke factor kan zijn bij het bepalen hoe genen worden gevouwen en gereguleerd binnen de kern", zegt onderzoeksleider Davide Levens, PhD, hoogleraar biochemie en biofysica aan de UCSF. "Dit zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor het begrijpen hoe het genoom is georganiseerd en gereguleerd, en voor het ontwikkelen van nieuwe behandelingen voor ziekten veroorzaakt door DNA-schade."

De onderzoekers deden hun ontdekking met behulp van een nieuwe techniek genaamd Hi-C, waarmee wetenschappers de fysieke interacties tussen verschillende delen van het genoom kunnen meten. Met behulp van Hi-C konden ze aantonen dat genen die vroeg in de celcyclus worden gerepliceerd een grotere kans hebben om met elkaar te interageren en compacte, gevouwen structuren te vormen, terwijl genen die laat worden gerepliceerd eerder een interactie aangaan met andere genen die dat wel doen. bevinden zich verder weg en vormen open, uitgebreide structuren.

Dit verschil in vouwing lijkt verband te houden met de activiteit van CTCF, een eiwit dat helpt het genoom in lussen te organiseren. CTCF-bindingsplaatsen komen vaker voor bij genen die vroeg in de celcyclus worden gerepliceerd, en CTCF-binding lijkt vereist te zijn voor de vorming van compacte, gevouwen genstructuren.

"Onze bevindingen suggereren dat CTCF een belangrijke rol kan spelen bij het organiseren van het genoom in lussen en het reguleren van genexpressie", aldus Levens. "Dit zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor het begrijpen hoe het genoom wordt gereguleerd, en voor het ontwikkelen van nieuwe behandelingen voor ziekten veroorzaakt door DNA-schade."

De onderzoekers zijn van mening dat hun bevindingen belangrijke implicaties kunnen hebben voor het begrijpen van een verscheidenheid aan ziekten, waaronder kanker en neurodegeneratieve aandoeningen. Bij kanker wordt de DNA-replicatie bijvoorbeeld vaak verstoord, wat zou kunnen leiden tot veranderingen in de genvouwing en genexpressie die bijdragen aan de ontwikkeling van kanker.

"Onze bevindingen suggereren dat de timing van DNA-replicatie een belangrijke factor kan zijn in de ontwikkeling van kanker en andere ziekten", aldus Levens. "We hopen dat ons onderzoek zal leiden tot nieuwe inzichten in de oorzaken van deze ziekten en de ontwikkeling van nieuwe behandelingen."