Пространственото разделяне на активните от неактивните фракции на генома в клетъчното ядро е от изключително значение за контрола на генната експресия. Ново проучване, публикувано в Nature, разкрива водещите до това разделяне механизми и преобръща наопаки представите ни за клетъчното ядро. Изследването е проведено от екип биолози, воден от д-р Ирина Соловей от Биоцентъра на „Лудвиг-Максимилианс-Университет“ в Мюнхен, в сътрудничество с проф. Йоб Деккер от Медицинския факултет на Масачузетския университет и физици от екипа на проф. Леонид Мирни в Масачузетския технологичен институт. Част от екипа биолози и един от тримата равностойно допринесли първи автори на статията в Nature е Яна Феодорова, дб от Медицински университет – Пловдив.
Еукариотните хромозоми са изградени от хроматин, комплект от ДНК и асоциирани протеини. В зависимост от транскрипционната активност и степента на компактизация могат да бъдат разграничени два типа хроматин, пространствено разделени в ядрото. Силно кондензираната и транскрипционно неактивна фракция на генома се означава като хетерохроматин и се разполага в периферията на ядрото в близост до ядрената мембрана. От друга страна, богатият на гени и транскрипционно активен еухроматин се намира във вътрешността на ядрото. Този основен модел на геномна организация се открива във всички еукариотни клетъчни типове, но формиращите го механизми все още не са достатъчно добре изяснени.
Преди десет години д-р Ирина Соловей и нейните колеги попадат на клетки, които са уникално изключение от конвенционалната ядрена архитектура. В пръчиците на ретината на нощни бозайници силно кондензираният хетерохроматин е пакетиран във вътрешността на ядрото, докато активният еухроматин се локализира директно под ядрената мембрана. Елиминирането на взаимодействията хетерохроматин-ламина превръща обърнатите ядра в прекрасен модел за изследване на механизмите на пространственото разделяне на генома, от който учените се възползват в най-новото си проучване. Те създават полимерни модели на единични хромозоми и цели ядра, като използват данни, получени чрез комбиниране на модерна микроскопия и молекулярно-биологични техники. Чрез симулиране на поведението на тези полимери при различни условия те успяват да изследват ролята на взаимодействията между двете фракции на хроматина и ядрената ламина. Тези проучвания показват, че само взаимодействията между хетерохроматинови региони са достатъчни за пространственото разделяне на хроматина.
„Интересно е, че в този случай първо отговорихме на въпроса защо ядрата на пръчиците имат обърната архитектура: подобрено зрение. След това научихме и как става това: липсващи хетерохроматинови „котви“ в ламината. Накрая ги използвахме като съвършен модел на симетрична компартментализация, за да докажем, че хетерохроматинът е архитектът на клетъчното ядро“, казва Яна Феодорова.
Яна Феодорова е главен асистент в Катедра „Медицинска биология“. Нейните основни научни интереси и постижения са свързани с организацията на генома в клетъчното ядро и генната експресия при туморни заболявания. През 2017 г. за един месец работи в Масачузетския технологичен институт по проект, свързан с пространствената организация на транскрипцията. Въпреки международните успехи Яна Феодорова смята да остане в България и да продължи работата си и по други интересни проекти, включващи транслационни изследвания. Според нея за успеха в научната работа най-важно е любопитството – умението да задаваш правилните въпроси и да търсиш отговорите им. Колкото до експерименталната работа, там е нужен и малко талант. Като свои най-ценни качества определя търпението и непредубедеността, „защото за да си учен, трябва да имаш ако не красив, то поне открит ум“, споделя тя.
Публикация:
Falk M, Feodorova Y, Naumova N, Imakaev M, Lajoie BR, Leonhardt H, Joffe B, Dekker J, Fudenberg G, Solovei I, Mirny LA. Heterochromatin drives compartmentalization of inverted and conventional nuclei. Nature. 2019;570(7761):395-399. doi: 10.1038/s41586-019-1275-3.