Ny metod avslöjar var i cellen DNA är i riskzonen
Forskare vid Karolinska Institutet har utvecklat en ny sekvenseringsmetod som gör det möjligt att kartlägga hur DNA är organiserat i cellkärnan – vilket avslöjar vilka regioner i arvsmassan som löper ökad risk för DNA-skador och mutationer. Tekniken beskrivs i en artikel publicerad i den vetenskapliga tidskriften Nature Biotechnology.
De flesta celler i människokroppen innehåller cirka två meter DNA. Den långa DNA-strängen är uppdelad i 46 stora bitar – kromosomerna – som upptar åtskilda regioner, så kallade kromosomterritorier, i cellkärnan.
Hur enskilda delar av arvsmassan är ordnade rumsligt i cellkärnan påverkar påtagligt hur cellens transkriptionsmaskineri läser av generna. Det rumsliga arrangemanget av enskilda gener i det tredimensionella utrymmet i cellkärnan har dock i stort sett förblivit outforskat.
Högupplösta kartor
Nu har ett forskarteam under ledning av Magda Bienko vid Science for Life Laboratory (SciLifeLab) och institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet, utvecklat en ny metod, kallad Genomic loci Positioning by Sequencing eller GPSeq, som kan användas för att erhålla högupplösta kartor över hur DNA är organiserat rumsligt i cellkärnan.
Metoden fungerar genom att DNA gradvis klipps av från cellkärnans periferi in mot mitten, och att DNA-sekvensen runt varje snitt sedan läses av. Matematisk modellering kan sedan användas för att rekonstruera den tredimensionella strukturen och hitta var de enskilda generna och regionerna mellan generna finns lokaliserade längs cellkärnans radie samt i förhållande till varandra.
– Vi upptäckte att den rumsliga fördelningen av olika typer av kromatin (bestående av DNA, RNA och proteinkomplex) ofta skilde sig från vad vi förväntade oss att hitta. Till vår förvåning fann vi att bilden inte är så enkel som att allt det inaktiva kromatinet finns vid cellkärnans periferi och att det aktiva kromatinet finns samlat i cellkärnans mitt. I stället finns det ett kontinuum, en gradvist ökande aktivitet från cellkärnans periferi mot det inre, även om inaktivt kromatin också kan hittas i cellkärnans mitt, säger Magda Bienko, som är en av studien huvudförfattare.
Avslöjar var risken för skador är störst
En viktig aspekt av att veta var olika regioner i arvsmassan är lokaliserade i cellkärnan är att det nu är möjligt att kartlägga var det är mest sannolikt att DNA-skador och mutationer kommer att inträffa, förklarar Nicola Crosetto, forskare vid samma institution på Karolinska Institutet och den andra av studiens huvudförfattare.
– Vi upptäckte att DNA-mutationer som ofta påträffas i olika cancertyper ansamlas i det inaktiva kromatinet som finns vid cellkärnans periferi, vilket kan ha samband med att många mutagener har sitt ursprung utanför cellen. Å andra sidan är det mycket mer troligt att DNA-brott och genfusioner hittas i cellkärnans mitt, vilket kan bero på de höga nivåerna av transkription som sker i mitten av cellkärnan, säger Nicola Crosetto.
Forskningen har fått stöd av Svenska Sällskapet för Medicinsk Forskning (SSMF), Science for Life Laboratory, Vetenskapsrådet, Ragnar Söderbergs stiftelse, Cancerfonden, det strategiska forskningsprogrammet inom cancer (StratCan) vid Karolinska Institutet och Europeiska forskningsrådet.
Publikation
“GPSeq reveals the radial organization of chromatin in the cell nucleus”. Gabriele Girelli, Joaquin Custodio, Tomasz Kallas, Federico Agostini, Erik Wernersson, Bastiaan Spanjaard, Ana Mota, Solrun Kolbeinsdottir, Eleni Gelali, Nicola Crosetto & Magda Bienko. Nature Biotechnology, online 25 maj 2020, doi: 10.1038/s41587-020-0519-y