В геноме хранится информация о развитии организмов. Каждая клетка несет эту информацию, плотно упакованную на двухметровой нити ДНК в ядре клетки, и определенные эпигенетические механизмы контролируют доступ к «плану жизни». Поскольку каждому типу клеток в организме млекопитающих требуется доступ к областям генома в зависимости от времени и пространства, эпигеном имеет решающее значение для определения клеточной идентичности.
Уже известно, что с дифференцировкой клеток связаны различные эпигенетические механизмы. Особенно необходимо метилирование ДНК, при котором метильные группы присоединяются к определенным нуклеотидам двухцепочечной ДНК.
Недавние исследования также показывают, что процессы дифференцировки сопровождаются реорганизацией трехмерной укладки ДНК. Однако до сих пор было неясно, что происходит в первую очередь при дифференцировке кардиомиоцитов: реорганизация укладки ДНК в клеточном ядре или метилирование ДНК — и зависят ли эти механизмы друг от друга.Чтобы ответить на этот вопрос, группа фармакологов Фрайбурга использовала современные методы секвенирования. Это позволило отобразить трехмерную организацию генома, а также эпигенетические механизмы во время дифференцировки кардиомиоцитов по всему геному.
С этой целью исследователи разработали методы выделения кардиомиоцитов на различных стадиях развития из сердец здоровых мышей. Этот специфический для клеточного типа анализ был необходим для демонстрации тесного взаимодействия между эпигенетическими механизмами и пространственной укладкой ДНК в ядре кардиомиоцитов. Сравнение разных стадий развития показало, что тип пространственной укладки ДНК определяет, какие паттерны метилирования формируются и какие гены активируются.
Исследователи доказали, что пространственное расположение ДНК не зависит от метилирования ДНК, в том числе клетками, которые вообще не имеют метилирования ДНК. Таким образом, трехмерная организация генома является центральным коммутатором для определения клеточной идентичности.
В будущем исследователи хотят использовать этот переключатель для управления клеточными функциями.