Karmaşık Genom Etkileşimlerini İncelemek için Yeni Bir Araç

1980'lere kadar siyah beyaz televizyon sahibi olanlar, renkli bir televizyon alana kadar neyi kaçırdıklarını bilmiyorlardı. Max Delbrück Merkezi'nin (MDC-BIMSB) Berlin Tıbbi Sistemler Biyolojisi Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, genomun içine bakmak ve görmek için Genom Mimarisi Haritalama ("GAM") adlı, muhteşem technicolor'da bir teknik geliştirdiğinden, genomik dünyasında benzer bir geçiş olabilir. GAM, Pombo laboratuvarı tarafından Nature Methods'ta yayınlanan yeni bir araştırmaya göre, DNA etkileşimlerini incelemek için 2009 yılında geliştirilen bir işgücü aracı olan yalnızca Hi-C'yi kullanan bilim insanlarının göremediği genomun uzamsal mimarisi hakkında bilgi veriyor.

Moleküler biyolog ve Epigenetik Düzenleme ve Kromatin Mimarisi laboratuvarının başkanı Profesör Ana Pombo, “Siyah beyaz bir TV ile şekilleri görebilirsiniz ama her şey gri görünür, üstelik siyah beyaz tv renkli televizyondaki kadar net görseller de sunmaz. Aynı şekilde genomun üç boyutlu katlanma şeklinde de bizim göremediğimiz bilgiler var.” dedi.

DNA organizasyonunu anlamak, sağlık ve hastalığın temelini ortaya çıkarabilir. Hücrelerimiz 2 metre uzunluğundaki bir genomu kabaca 10 mikrometre çaplı bir çekirdeğe yerleştirir. Paketleme, düzenleyici DNA'nın doğru zamanda doğru genlerle temasa geçmesi ve onları açıp kapatması için hassas bir şekilde yapılır. Üç boyutlu konfigürasyondaki değişiklikler bu süreci bozabilir ve hastalığa neden olabilir.

Daha önce Pombo laboratuvarında görev yapan Oxford Üniversitesi'nde moleküler biyolog ve araştırmanın ortak yazarlarından biri olan Dr. Robert Beagrie, “Son zamanlarda, bu yatkınlığın büyük bir kısmının, genlerimizin nasıl açılıp kapandığını etkileyen DNA dizisi varyantlarını, ebeveynlerimizden miras almamız nedeniyle olduğunu anladık.” dedi.

Hi-C ve GAM gibi teknikler, bilim insanlarının düzenleyici diziler ve genler arasındaki etkileşimleri dondurmasına ve incelemesine olanak tanır. Hi-C'de, kromatin enzimler kullanılarak parçalara ayrılır ve daha sonra dizileme sırasında iki yönlü DNA etkileşimleri ortaya çıkacak şekilde tekrar yapıştırılır. İlk olarak 2017'de Pombo ekibi tarafından "Nature"da açıklanan GAM'de, bilim insanları her biri ayrı ayrı hücrelerden yüzlerce ince çekirdek dilimi alıyordu ve bunlardan DNA çıkarıyordu. DNA'yı sıralayıp hangi bölgelerin etkileşime girdiğini öğrenmek için verileri istatistiksel olarak analiz ediyorlardı.

Ekip, bu tekniği kullanarak üç boyutlu etkileşimlerin bir haritasını oluşturdu. Bunu, Hi-C kullanılarak oluşturulan genomun mevcut 3D haritalarıyla karşılaştırdıklarında, pek çok yeni etkileşim buldular. Bu, GAM'ı kullanarak DNA'nın birden fazla bölgesinin aynı anda bir araya geldiği daha karmaşık etkileşimler gördüklerini fark edene kadar kafalarını karıştırdı. Çalışmanın ortak yazarı ve Pombo laboratuvarında kıdemli doktora sonrası araştırmacı Dr. Christoph Thieme, “Bu daha karmaşık temaslar, hücre kimliğini belirleyen önemli genleri düzenleyen aktif genler, düzenleyici bölgeler ve süper güçlendiriciler içeriyor.” diyor. Karşılaştırıldığında, Hi-C çoğunlukla iki yönlü etkileşimleri yakaladı. GAM tarafından tespit edilen her üç temastan ikisi Hi-C kullanılarak görünür olmadığından ve bunun tersi olduğundan, her iki teknik de tamamlayıcı nitelikteydi. Beagrie, “Gerçekten güçlü bir etkiyi ortaya çıkardığımızı görmek beni çok heyecanlandırdı. Bu karmaşık etkileşimlerin daha önce takdir ettiğimizden çok daha yaygın olduğu açık.” diye ekliyor.