Gli scienziati hanno dato il primo sguardo dettagliato a strutture simili a gocce di DNA compattato
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All'interno delle cellule umane, la biologia ha portato a termine l'ultimo lavoro di impacchettamento, trovando il modo di inserire un metro e mezzo di DNA in un nucleo largo circa un decimo di un capello umano, assicurandosi che le molecole importanti possano continuare a funzionare.
Per comprimersi, il DNA si avvolge intorno alle proteine per formare nucleosomi collegati tra loro come perline su un filo. Queste stringhe si avvolgono in fibre di cromatina compatte, che si condensano ulteriormente all'interno del nucleo.
Non era chiaro come avvenisse questo ulteriore processo di compattazione. Nel 2019, il ricercatore HHMI Michael Rosen e il suo team dell'UT Southwestern Medical Center hanno riferito che i nucleosomi sintetici creati in laboratorio si riuniscono in blob senza membrana chiamati condensati. Ciò avviene attraverso un processo chiamato separazione di fase - simile alla formazione di gocce d'olio nell'acqua - che secondo i ricercatori imita il modo in cui la cromatina si compatta all'interno delle cellule.
Immagine simbolica
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Guardare all'interno dei condensati di cromatina
Questi condensati di cromatina, composti da centinaia di migliaia di molecole in rapido movimento, hanno proprietà emergenti - comportamenti che non sono presenti nelle singole molecole, ma appaiono solo quando lavorano insieme come un tutt'uno. Queste proprietà determinano il modo in cui le goccioline si formano e mantengono le loro caratteristiche fisiche.
Per comprendere meglio queste qualità, che potrebbero aiutare i ricercatori a capire come la cromatina si compatta all'interno delle cellule, gli scienziati hanno bisogno di scrutare in profondità all'interno delle goccioline per esaminare le singole fibre di cromatina e i nucleosomi.
Ora Rosen e il suo team, insieme ai ricercatori guidati dalla ricercatrice HHMI Elizabeth Villa dell'Università della California, San Diego, Rosana Collepardo-Guevara dell'Università di Cambridge e Zhiheng Yu del Janelia Research Campus dell'HHMI, hanno scoperto come fare proprio questo.
Utilizzando immagini avanzate eseguite a Janelia, hanno catturato le immagini più dettagliate mai realizzate delle molecole all'interno dei condensati di cromatina sintetica, vedendo in prima persona come le fibre di cromatina e i nucleosomi sono impacchettati all'interno delle strutture simili a gocce. Utilizzando le stesse tecniche, l'équipe ha anche fotografato e analizzato la cromatina nativa nelle cellule.
Comprendere la formazione dei condensati
Queste visualizzazioni, combinate con simulazioni al computer e microscopia ottica, hanno permesso al team di esaminare le strutture e le interazioni delle singole molecole all'interno dei condensati di cromatina sintetici, consentendo di iniziare a capire come si formano e funzionano le goccioline.
Il team ha scoperto che la lunghezza del DNA linker che collega i nucleosomi influenza la disposizione delle strutture, che a sua volta determina le interazioni tra le fibre di cromatina e la struttura a rete dei condensati.
Queste caratteristiche fisiche hanno contribuito a spiegare perché alcune fibre di cromatina subiscono la separazione di fase meglio di altre e perché i condensati formati da diversi tipi di cromatina hanno proprietà materiali emergenti diverse. Hanno anche scoperto che i condensati sintetici prodotti in laboratorio imitano strutturalmente il DNA compattato all'interno delle cellule.
"Il lavoro ci ha permesso di collegare le strutture delle singole molecole alle proprietà macroscopiche dei loro condensati, per la prima volta", afferma Rosen. "Sono certo che siamo solo alla punta dell'iceberg e che noi e altri troveremo modi ancora migliori per sviluppare queste relazioni struttura-funzione su scala meso (intermedia)".
Un progetto per lo studio dei condensati
Oltre alla cromatina, il nuovo lavoro fornisce un modello per studiare e comprendere l'organizzazione e la funzione di molti tipi di condensati biomolecolari. Questi blob privi di membrana svolgono molte funzioni importanti in tutta la cellula, dalla regolazione dell'espressione genica alla risposta allo stress.
Capire come si formano e funzionano queste strutture simili a gocce può aiutare i ricercatori a capire cosa succede quando la condensazione va male, un potenziale fattore che contribuisce a diverse malattie, dalle condizioni neurodegenerative al cancro.
"Con questa ricerca capiremo meglio come una condensazione anomala possa portare a diverse malattie e, potenzialmente, questo potrebbe aiutarci a sviluppare una nuova generazione di terapie", spiega Huabin Zhou, scienziato post-dottorato del Rosen Lab e autore principale della nuova ricerca.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Huabin Zhou, Jan Huertas, M. Julia Maristany, Kieran Russell, June Ho Hwang, Run-Wen Yao, Nirnay Samanta, Joshua Hutchings, Ramya Billur, Momoko Shiozaki, Xiaowei Zhao, Lynda K. Doolittle, Bryan A. Gibson, Andrea Soranno, Margot Riggi, Jorge R. Espinosa, Zhiheng Yu, Elizabeth Villa, Rosana Collepardo-Guevara, Michael K. Rosen; "Multiscale structure of chromatin condensates explains phase separation and material properties"; Science, Volume 390
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