Суперкомпьютеры раскрыли секреты Х-хромосом
Благодаря суперкомпьютерам ученые смогли выяснить роль РНК и структуры хромосом в регуляции экспрессии генов.
Используя суперкомпьютерное динамическое моделирование, основанное на экспериментальных данных, исследователи теперь могут исследовать процесс, который выключает одну Х-хромосому у эмбрионов самок млекопитающих. Эта новая возможность помогает биологам понять роль РНК и структуры хромосом в процессе инактивации X, что ведет к более глубокому пониманию экспрессии генов и открывает новые пути к лекарственному лечению генных нарушений и заболеваний.
Новое исследование было опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщает SciTechDaily.
"Это первый раз, когда мы смогли смоделировать всю РНК, распространяющуюся вокруг хромосомы и закрывающую ее", - сказала Анна Лаппала, приглашенный ученый из Национальной лаборатории Лос-Аламоса и физик-полимер в Массачусетской больнице общего профиля и Гарвардском отделении. молекулярной биологии.
"Из одних только экспериментальных данных, которые являются двумерными и статическими, у вас нет разрешения, чтобы увидеть всю хромосому на таком уровне детализации. С помощью этого моделирования мы можем увидеть процессы, регулирующие экспрессию генов, а моделирование основано на двухмерных экспериментальных данных, полученных нашими сотрудниками из Массачусетской больницы общего профиля и Гарварда", - добавила она.
Модель, которая считается четырехмерной, поскольку она показывает движение, включая время в качестве четвертого измерения, работает на суперкомпьютерах Лос-Аламоса. Модель также включает экспериментальные данные из геномов мышей, полученные с помощью молекулярного метода, называемого 4DHiC.
"Этот метод позволяет нам разработать интерактивную модель этого эпигенетического процесса", - сказала Джинни Т. Ли, профессор генетики Гарвардской медицинской школы и заместитель председателя кафедры молекулярной биологии в Массачусетской больнице общего профиля, лаборатория которой предоставила экспериментальные данные, лежащие в основе модели.
Эпигенетика - это изучение изменений в экспрессии генов и наследственных признаков, которые не связаны с мутациями в геноме.
"То, чего не хватало в этой области, - это какой-то способ для пользователя, который не разбирается в вычислениях, интерактивно войти в хромосому", - сказал Ли.
Она сравнила использование модели Лос-Аламоса с использованием Google Планета Земля, где "вы можете увеличить любое место на Х-хромосоме, выбрать определенный ген, увидеть другие гены вокруг него и посмотреть, как они взаимодействуют". Эта возможность, например, может дать представление о том, как распространяются болезни.
"Основываясь на работе, представленной в этой статье, специалисты разрабатывают браузер в стиле Google Earth, в который любой ученый может загружать свои геномные данные и динамически просматривать их в 3D при различных увеличениях", - сказала Карисса Санбонмацу, структурный биолог из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, автор-корреспондент статьи и руководитель проекта по разработке вычислительного метода.
По словам Ли, новая модель Лос-Аламоса будет способствовать более глубокому пониманию экспрессии генов и связанных с ними проблем, что может привести к фармакологическому лечению различных заболеваний и расстройств, связанных с генами.
"Наша главная цель состояла в том, чтобы увидеть, как хромосома меняет свою форму, и увидеть уровни экспрессии генов с течением времени", - сказала Санбонмацу.
Моделирование также показывает гены на поверхности хромосомы, которые избегают инактивации Х-хромосомы, подтверждая ранние экспериментальные работы. В модели они группируются и, по-видимому, взаимодействуют или работают вместе на поверхности хромосомы.
Еще один вывод из моделирования: "По мере того, как хромосома переходит от активного X, когда он все еще довольно большой, к компактному неактивному X, который меньше, мы замечаем, что ядро хромосомы чрезвычайно плотное, но поверхность намного меньше плотный. Мы также видим намного больше движения на поверхности. Тогда есть промежуточная область, которая не слишком быстрая или медленная, где хромосома может перестроиться".
