Memeli genomları, kohezin ve CTCF (CCCTC bağlayıcı faktör) proteinleri tarafından topolojik ilişki alanlarında (TAD) halkasal ve alansal olarak katlanmaktadır. Kohezinlerin DNA’ya eklendiği ve CTCF tarafından engellenene kadar çift yönlü olarak ekstrüzyona (enine kesitsel bir profil oluşturmak için kullanılan süreç) devam ettiği; böylece CTCF’nin TAD sınırlarını oluşturduğu düşünülmektedir. İşlevsel olarak CTCF/kohezin mekanizması, genomdaki döngüler (loop) ve TAD’ların gen ekspresyonunun düzenlenmesi, DNA onarımı ve somatik rekombinasyonlar gibi çoklu nükleer süreçlerde kritik rol oynamaktadır.
Michele ve arkadaşları, CTCF/kohezin döngüsünün dinamiklerini görselleştirmek için fare embriyonik kök hücrelerinde (mESC’ler) ifade edilmeyen 505 kb (kilobazlık) Fbn2 TAD’ın CTCF’ye bağlı iki sınırını bir arada tutan döngüyü model olarak seçmiştir. Fbn2 TAD’ın sol ve sağ CTCF bölgeleri TetO ve Anchor3 ar-ışın dizileri ile önce homozigot olarak etiketlemek için genom düzenlemesi kullanıldıktan daha sonra da florlarla etiketlenmiş bağlayıcı protein TETR-3x-mScarlet ve EGFP-OR3 eksprese edilerek görselleştirilmiştir. Elde edilen görsel ile 3 boyutlu (3D) döngü bağlantı konumlarının ex-tract yörüngelerini çıkarmak için “ConnectTheDots” adlı yeni bir görüntü analiz çerçevesi geliştirilmiştir. 3B süper çözünürlüklü canlı hücrelerdeki görüntüleme koşullarını sağlayarak, Fbn2 döngü dinamikleri>2 saat boyunca 20s çözünürlükte izlenmiştir. Hücre döngüsünün S/G2 fazında DNA replikasyonu yapıldıktan sonra kromatin yapısının ayırt edilmesi mümkün olmadığı için sadece G1 ve erken S fazı hücreleri göz önünde bulundur.
Fbn2 döngü dinamiklerini izleme sistemlerinin kontrollü deneylerinde; ilk olarak Micro-C kullanılarak lokus etiketleme yaklaşımının Fbn2 döngüsünü bozmadığı, ikinci olarak CTCF’ler arasındaki 505 kn’lik alanın silinmesi ile oluşturulan C27 klonunun 3B mesafeyi azalttığı, üçüncü olarak da Fbn2 TAD’daki 3 CTCF motifinin homozigot şekilde silinmesiyle oluşturulan C65 klonunun CTCF bağlanması ve kohesin kolokalizasyon kaybına yol açtığı ChıP-Seq ile doğrulanmıştır.
Yapılan çalışma TAD’ların CTCF sınırlarını nadir, dinamik ve geçici olarak bir arada tutan CTCF/kohezin aracılı döngü durumunu ortaya koymuştur. Fbn2 TAD’ın en çok canlı hücrelerdeki bazı kohezinler tarafından oluşturulan kısmen ekstrüde bir durumda bulunduğu ve nadiren ilmekli durum oluştuğunda ise ömür süreleri sınırlı olduğu bulunmuştur (~10-30 dakikalık ortalama ömür süresi). Bu nedenle CTCF aracılı transkripsiyonel yalıtımın, nadir görülen tam ilmekli durumdan ziyade bireysel ekstrüzyon bloke edici CTCF sınırlarına daha fazla aracılık edebileceği düşünülmüştür. Benzer şekilde nadir CTCF-CTCF döngülerinin de sık kohezin aracılı temasların arttırıcı (enhancer) ve promotörler arasındaki gibi düzenleyici etkileşimler için daha önemli olabileceği ifade edilmiştir. Canlı hücrelerdeki etiketlerin dinamik resmi de 3B genom yapısındaki hücreden hücreye değişimi, gen ekspresyonu ve hücre farklılaşması gibi aşağı akış süreçlerde stokastitsiteyi (rastgelelik) açıklamaya yardımcı olabileceği şeklinde yorumlanmıştır.
Yazar: Aleyna Tuğçe Efecan
Editör: Mine Eğin
Referans: Gabriele, M., Brandão, H. B., Grosse-Holz, S., Jha, A., Dailey, G. M., Cattoglio, C., Hsieh, T.-H. S., Mirny, L., Zechner, C., & Hansen, A. S. (2022). Dynamics of CTCF- and cohesin-mediated chromatin looping revealed by live-cell imaging. Science, 376(6592), 496–501. https://doi.org/10.1126/SCIENCE.ABN6583
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
Bursa Teknik Üniversitesi- Biyoteknoloji Yüksek Lisans Öğrencisi