DNA hanya setengah dari ukuran kromosom. Yang lainnya adalah cangkang fungsionalitas yang tidak diketahui

Model tiga dimensi dari kromosom manusia ke-4

Di sekolah, kami diajari bahwa inti dari setiap sel berisi struktur filamen yang disebut kromosom tempat gen disimpan - unit hereditas disusun dalam urutan linier. Gen dikodekan sebagai bagian dari makromolekul DNA. Tapi semuanya tidak sesederhana kelihatannya.

Dari saat penemuan mereka pada tahun 1882, kromosom menjalani penelitian yang cermat dan cermat, termasuk menggunakan mikroskop optik dan elektron. Yang mengejutkan, para ilmuwan masih belum dapat memahami dengan jelas bagaimana struktur mereka diatur.

Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah fokus pada penelitian, terutama kromatin. Ini adalah substansi fungsional utama kromosom, yang merupakan kompleks dari DNA, RNA dan protein. Dalam komposisi kromatin inilah informasi genetik direalisasikan, serta replikasi dan perbaikan DNA.

Salah satu teka-teki utama adalah bagaimana pengemasan kromatin (pelipatan) terjadi. Untuk waktu yang lama, diasumsikan bahwa pengemasan terjadi secara acak, tetapi teori-teori lain baru-baru ini muncul. Beberapa ilmuwan menyarankan bahwa pengemasan dilakukan berdasarkan pencairan polimer . Ada pendapat bahwa kromosom melalui rantai proses pengemasan yang saling berhubungan, dari ulir berliku di sekitar nukleosom , hingga serat solenoid 30 nm, dan kemudian ke spiral yang lebih besar.. Bagaimanapun, ada teori kelas ketiga yang menunjukkan bahwa kromosom terdiri dari loop kromatin yang ditahan oleh protein non-histone .

Model terakhir dari daftar struktur kromosom baru-baru ini menerima konfirmasi tambahan. Pada 2013, metode mikroskop canggih dengan jelas menunjukkan bagaimana matriks linier loop kromatin terbentuk dalam inti sel (lihat makalah oleh Natalia Naumova dari University of Massachusetts dan rekan yang diterbitkan dalam jurnal Science ). Video lebih banyak menunjukkan bagaimana pengorganisasian diri kromosom terjadi.

Organisasi kromosom mitosis (bahan yang menyertai artikel oleh Natalya Naumova dan rekan di 2013)


Namun, semua studi kromatin ini sebagian besar mengabaikan lapisan permukaan tipis, yang ditemukan pada kromosom dengan metode mikroskop klasik pada tahun 1968 . Lapisan periferal ini kurang dipelajari, dan komposisi serta strukturnya hampir tidak diketahui. Secara default, diasumsikan bahwa ini hanya semacam massa amorf yang melekat pada kromosom.

Masalahnya adalah bahwa kita dapat mempelajari kromosom hanya dalam kondisi tertentu, jadi kita tidak memiliki gagasan yang jelas tentang bagaimana mereka sebenarnya terlihat.

Sekelompok ilmuwan Inggris dari Universitas Edinburgh telah mempelajari lapisan luar kromosom selama beberapa tahun. Beberapa tahun yang lalu, mereka membuktikan bahwa merakit bagian luar kromosom memerlukan keberadaan protein Ki-67. Para ilmuwan telah menyarankan bahwa pelapis kromosom dibuat menggunakan protein ini.

Sebuah studi baru yang dilakukan oleh sekelompok ilmuwan, berisi hasil pemodelan 3D dari struktur kromosom, serta deskripsi cangkang. Menurut para ilmuwan, bahan ini membentuk 47% dari volume kromosom. Pada saat yang sama, fungsionalitas bahan ini masih belum jelas.

Agaknya, masing-masing kromosom akibat membran terisolasi satu sama lain selama proses kunci pembelahan sel. Mungkin, bahan ini juga membantu menghindari kesalahan pembelahan sel. Diketahui bahwa beberapa jenis tumor kanker dan penyakit bawaan manusia berhubungan dengan pembelahan yang salah.

Untuk pertama kalinya dalam sejarah sains, para ilmuwan telah menyusun model 3D terperinci dari semua 46 kromosom manusia. Ini dimungkinkan karena penggunaan metode 3-D-CLEM baru, yang menggabungkan mikroskop optik dan elektron dan memungkinkan kami untuk merekam kromosom dengan resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya.


Deskripsi skematis dari semua tahap proses 3-D-CLEM, yang memakan waktu 5,5 hingga 19,5 hari.

Akibatnya, para ilmuwan telah memodelkan panjang, lebar, luas permukaan, volume, dan kepadatan pengemasan DNA dalam kromosom.



"Metode visualisasi yang kami kembangkan untuk studi kromosom benar-benar revolusioner," kataDaniel Booth dari Universitas Edinburgh. “Untuk pertama kalinya, struktur dari semua 46 kromosom manusia yang kami pelajari membuat kami memikirkan kembali gagasan bahwa mereka hampir seluruhnya terdiri dari kromatin. Asumsi ini tetap tidak berubah selama hampir 100 tahun. ”

Faktanya, kromatin hanya mencapai 53% hingga 70% dari kromosom. Yang lainnya adalah cangkang yang jauh lebih tebal dari yang diharapkan.

Memahami struktur kromosom dan membran, serta proses pembelahan, akan membantu mempelajari dan mencegah perkembangan penyakit tertentu.

Karya ilmiah diterbitkan pada 10 November 2016 di jurnal Molecular Cell (doi: 10.1016 / j.molcel.2016.10.009, pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/id399449/