Gen ifadesi, kısmen, genler ile genom boyunca yer alan düzenleyici elementler arasındaki etkileşimlerle kontrol edilir. Bu etkileşimler, kromatin — DNA ve proteinlerin bir karışımı — yoğun bir alanda hareket etme yeteneğine bağlıdır.
Yeni bir çalışmada, MIT araştırmacıları kromatin hareketini yüzlerce mikro saniyeden saatlere kadar olan zaman ölçeklerinde ölçtü ve bu dinamikleri ilk kez titiz bir şekilde nicelendirerek değerlendirdi.
Analizleri, kromatinin iki farklı kategoride var olabileceğini ortaya koydu: Birinde, kromatin, esas olarak sadece komşu genom bölgeleriyle temas etmesine olanak tanıyan sınırlı bir şekilde hareket eder; diğerinde ise, kromatin daha serbest hareket eder ve daha uzak bölgelerle temas kurar, ancak bu yalnızca daha uzun zaman ölçeklerinde gerçekleşir.
Bu bulgular, gen ifadesinin nasıl düzenlendiğine ve kromatin segmentlerinin DNA onarımı gibi diğer süreçler için nasıl bir araya geldiğine dair içgörüler sunuyor, araştırmacılar söylüyor.
“Kromatin dinamiklerini bu çok hızlı zaman ölçeklerinde ilk kez inceleyebilmemiz ve ayrıca tam dinamik aralık boyunca ilk kez gözlemleyebilmemiz sayesinde, daha önce mümkün olmayan bir aralıkta kromatin hareketini gözlemleyebildik,” diyor MIT biyomühendislik doçenti ve yeni çalışmanın kıdemli yazarı Anders Sejr Hansen. Çalışma, bugün Nature Structural and Molecular Biology dergisinde yayımlanıyor.
Makalenin baş yazarları, MIT doktora sonrası araştırmacısı Matteo Mazzocca, Domenic Narducci PhD ’25 ve Simon Grosse-Holz PhD ’23'tür. Abberior Instruments'ın baş ticari sorumlusü Jessica Matthias ve Ulusal Kanser Enstitüsü Optik Mikroskopi Merkezi yöneticisi Tatiana Karpova da makalenin yazarları arasındadır.
Sınırlı hareket
Kitaplarda, kromatin genellikle hücre çekirdeği içinde statik bir yapı olarak tasvir edilir, ancak gerçekte sürekli hareket halindedir. Bu hareketler, genlerin DNA düzenleyici dizileriyle, örneğin 1 milyon baz çiftine kadar uzaklıkta bulunan artırıcılarla etkileşimde bulunması için gereklidir. Ayrıca, DNA kırılmaları meydana geldiğinde, DNA'nın iki ucu birbirini onarmak için karşılaşabilmesini sağlar.
“Kromatin dinamikleri, çekirdekteki tüm süreçler için temeldir ve özellikle iki şeyin birbirini bulmasını içeren süreçler için önemlidir. Bu, DNA onarımı, gen düzenlemesi, rekombinasyon veya belirli bir genin çekirdeğin doğru bölümüne taşınması için önemlidir,” diyor Hansen.
Genom üzerindeki herhangi bir belirli konum veya lokus, DNA'nın bir polimer olması nedeniyle sınırlıdır. Herhangi bir yönde hareket ettikten sonra, bir lokus, her iki tarafındaki DNA tarafından geri çekilecektir.
“Kromozomlar polimerdir. Birçok DNA nükleotidi tarafından bir arada tutulurlar. DNA'nın bir parçası olmak, diğer insanlarla el ele tutuşarak koşmaya benzer. Eğer yüz kişi el ele tutuşuyorsa ve siz, zincirin ortasında, bir yöne doğru koşmaya çalışıyorsanız, geri çekileceksiniz,” diyor Hansen.
Bu tür bir davranış, alt-diffüzif hareket olarak bilinir. Önceki çalışmalar, alt-diffüzif kromatinin ne kadar olduğunu konusunda çelişkili raporlar vermiştir; bunun başlıca nedeni, çalışmaların istatistiksel olarak sağlam ölçümler elde etmek için yeterince uzun bir süre boyunca hareketi takip edememiş olmalarıdır. Hareketler o kadar küçüktür ki, nanometreler mertebesindedir; bu nedenle verilerin uzun dinamik aralıklar boyunca elde edilmesi gerekir — milisaniyelerden saatlere kadar.
Önceki çalışmalarda, araştırmacılar, bir molekülün zaman içindeki konumunu çerçeve çerçeve karşılaştırarak takip edebilen görüntüleme teknikleri kullandılar. Bu teknikler faydalıdır ancak geleneksel mikroskopinin sınırlamaları nedeniyle yalnızca küçük bir dinamik aralıkta kullanılabilir.
Daha istatistiksel olarak sağlam veriler elde etmek için, MIT ekibi, daha uzun süre boyunca proteinler gibi küçük nesnelerin hareketini takip edebilen MINFLUX — süper çözünürlüklü bir ışık mikroskobi tekniği kullandı. Bu teknik, süper çözünürlüklü mikroskopi alanındaki çalışmaları nedeniyle Nobel ödüllü Stefan Hell tarafından Max Planck Enstitüsü'nde yeni geliştirilmiştir. Bu çalışmada, MIT ekibi bu tekniği canlı hücrelerde kromatin üzerine uygulayan ilk grup oldu.
“MINFLUX, geleneksel mikroskopinin sınırlamalarını aşmamıza olanak tanı
