Kromosom Tampak Berbeda Dari Gambar Dari Buku Besar

Sebuah gambar warna-warni kromatin dikembangkan menggunakan hibridisasi in situ fluoresensi multipleks dan mikroskop yang sangat efektif. Uang: lab Xiaowei Zhuang

Gambar 3D kromosom manusia beresolusi tinggi dalam sel tunggal mengungkapkan caranya DNA desainnya dapat mempengaruhi kinerjanya.

Di buku teks sekolah menengah, kromosom manusia digambarkan sebagai X winky sebagai dua hotdog dinamis. Tapi gambarnya tidak benar. “Selama 90 persen dari waktu,” kata Jun-Han Su, “kromosom tidak ada.”

Tahun lalu, sebelum Su lulus dengan gelar Ph.D., dia adalah seorang Ph.D. tiga sekarang. calon Sekolah Desain dan Sains – Pu Zheng, Seon Kinrot, dan Bogdan Bintu – mengambil gambar 3D kromosom manusia beresolusi tinggi, struktur kompleks DNA kita. Sekarang, gambar-gambar ini dapat memberikan bukti yang cukup untuk mengubah X itu menjadi identitas yang kompleks tetapi sangat akurat yang tidak hanya mengajarkan generasi ilmuwan berikutnya tetapi juga membantu generasi sekarang untuk mengungkap misteri bagaimana desain kromosom memengaruhi fungsi.

Semua makhluk hidup, termasuk manusia, perlu memproduksi sel baru untuk menggantikan sel lama yang sudah terlalu lelah bekerja. Untuk melakukan ini, sel membelah dan mendaur ulang DNA mereka, yang disimpan dalam perpustakaan labirin di dalam kromatin, yang terkandung di dalam kromosom. Jika ditambahkan secara langsung, DNA dalam satu sel dapat tumbuh hingga diameter 20 kaki[6 m]semuanya terbungkus bahan keras dan rapat di dalam kulit. Satu kesalahan dalam menyalin atau mencetak ulang gen dapat menyebabkan kecenderungan atau mutasi genetik.

Terlalu dekat untuk melihat bentuk kromatin itu sulit. Tetapi melihat kinerja dan kinerja adalah sebuah tantangan. Sekarang, dalam makalah yang diterbitkan pada bulan Agustus di Sel, Zhuang dan timnya telah mengembangkan cara baru untuk membandingkan struktur dan struktur satu kromatin, menghubungkan titik-titik untuk menentukan bagaimana satu mempengaruhi yang lain agar berfungsi dengan baik atau menyebabkan penyakit.

“Sangat penting untuk mengetahui organisasi 3D,” kata Zhuang, David B. Arnold, Jr. Profesor Sains, “memahami molekul yang menjalankan tubuh dan memahami bagaimana tubuh memfungsikan genom.”

Dengan cara baru mereka dalam membayangkan 3D, tim mulai membuat peta kromosom dari semua gambar panjang dari 46 kromosom dan menutup satu bagian dari satu kromosom. Untuk menghasilkan gambar yang tidak akan identik, ia mengambil lokus genom yang melekat pada setiap untai DNA. Dengan menggabungkan banyak titik, mereka mampu membentuk gambaran utuh pembentukan kromatin.

Tapi ada jebakan. Di masa lalu, kata Zhuang, jumlah titik yang bisa dia gambar dan kenali terbatas karena warna yang bisa dia gambar bersama: tiga. Tiga titik tidak bisa membuat keseluruhan gambar.

Hasilnya, Zhuang dan timnya muncul dengan urutan berikut: Lingkaran tiga dimensi, untuk mematikan sasaran, dan kemudian menggambar ulang tiga lagi. Dengan cara ini, setiap titik memiliki dua simbol: pewarna dan gambar bulat.

“Kami sekarang memiliki 60 lokus pada saat yang sama dan yang paling terkenal dan paling terkenal, terutama yang terkenal,” kata Zhuang.

Namun, untuk menutupi seluruh tubuh kita, mereka membutuhkan lebih banyak – ribuan – jadi mereka beralih ke bahasa yang sebelumnya digunakan untuk memproses dan menyimpan banyak informasi: biner. Dengan merekam barcode kecil pada berbagai lokus kromatin, mereka dapat merekam banyak lokus dan diperkenalkan nanti. Misalnya, sebuah molekul yang ditarik mengelilingi putaran pertama tetapi tidak pada putaran kedua menerima kode batang yang dimulai dengan “10.” Dengan barcode 20-bit, tim ini mampu mendeteksi 2.000 molekul hanya dalam 20 gambar foto. “Melalui pendekatan terintegrasi ini, kami dapat meningkatkan jumlah molekul yang difoto dan diidentifikasi dengan sangat cepat,” kata Zhuang.

Dengan cara ini, tim merekam sekitar 2.000 lokus kromatin per sel, lebih dari sepuluh kali ukuran pekerjaan mereka sebelumnya dan cukup untuk membuat gambaran pasti tentang bagaimana kromosom terlihat di lingkungan mereka. Tapi dia tidak berhenti di situ: Dia juga menunjukkan apa yang terjadi dengan menulis (kapan RNA rekayasa genetika dari DNA) dan senjata nuklir seperti nuklei dan nukleolus.

Dengan Google Maps 3D dari genom mereka, mereka dapat mulai menjelajahi bagaimana strukturnya berubah dari waktu ke waktu dan bagaimana komponen berkontribusi atau merusak divisi dan pengulangan grup.

Para peneliti sudah tahu bahwa kromatin didistribusikan di berbagai lokasi (seperti gurun ke kota). Tapi bagaimana daerah ini muncul dalam berbagai warna dan cara kerjanya tidak diketahui. Dengan foto-foto profil tinggi mereka, Zhuang dan tim menentukan bahwa area dengan banyak gen (“genetik dan genetik”) meluas ke area yang sama pada setiap kromosom. Tetapi area dengan gen yang lebih sedikit (“gen buruk”) hanya berkumpul jika mereka berbagi kromosom yang sama. Teori lain adalah bahwa habitat multi-genetik, yang merupakan situs genetik, bersatu sebagai pabrik untuk membuatnya lebih efisien.

Sementara penelitian lebih lanjut diperlukan sebelum mengkonfirmasi teori ini, ada satu hal yang pasti: kromatin lokal mempengaruhi rekaman. Desain memengaruhi kinerja. Tim juga menemukan bahwa tidak ada dua kromosom yang identik, bahkan dalam sel yang identik. Untuk menentukan bagaimana setiap kromosom terlihat di setiap sel dalam tubuh manusia membutuhkan lebih banyak pekerjaan daripada hanya satu laboratorium yang dapat melakukannya sendiri.

“Tidak mungkin membangun pekerjaan kami,” kata Zhuang. “Kami perlu menambahkan lebih banyak fungsi lab untuk lebih memahaminya.”

Referensi: “Pencitraan Skala Genom dari Organisasi 3D dan Aktivitas Transkripsi Kromatin” oleh Jun-Han Su, Pu Zheng, Seon S. Kinrot, Bogdan Bintu dan Xiaowei Zhuang, 20 Agustus 2020, Sel.
BARANG: 10.1016 / j.cell.2020.07.032

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.