การแสดงภาพโครงสร้างของนิวเคลียสได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทาย กล้องจุลทรรศน์ไม่สามารถให้ภาพสถาปัตยกรรมนิวเคลียร์ที่ชัดเจนและสมบูรณ์ได้ แต่ด้วยเทคโนโลยีการอ่าน DNA ที่ทันสมัยและข้อความทั้งหมดของจีโนมมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์กำลังรวมรูปร่างสามมิติของจีโนมเข้าด้วยกันเทคนิคที่เรียกว่า Hi-C เป็นหนึ่งในตัวเลือกที่ดีที่สุดที่นักวิทยาศาสตร์จะต้องกำหนดขอบเขตของรูปทรงของจีโนมสามมิติ พัฒนาโดย Aiden และเพื่อนร่วมงานของเขาในปี 2009 Hi-C ตรวจพบโดยอ้อมว่าส่วนใดของจีโนมที่อยู่ใกล้กันที่สุดในอวกาศภายในเซลล์
ขั้นแรก นักวิทยาศาสตร์จะทำการสับด้ายของจีโนมเป็นชิ้นเล็กๆ
ภายในนิวเคลียส จากนั้นจึงติดกาวพันธุกรรมนี้กลับเข้าไปรวมกับโปรตีน โปรตีนเพียงแค่ทุบชิ้นส่วนดีเอ็นเอสองชิ้นที่อยู่เคียงข้างกัน ไม่ว่าชิ้นส่วนนั้นจะอยู่ใกล้กันในลำดับจริงหรือไม่ก็ตาม เธรดของจีโนมมักจะได้รับการแก้ไขกลับเข้าสู่ลำดับเดิม แต่ถ้าสายพันธุศาสตร์สองแถบที่อยู่ห่างไกลกันโดยวนซ้ำ ชิ้นส่วนเหล่านี้อาจจบลงติดกัน ซึ่งเป็นภาพสะท้อนของความใกล้ชิดสามมิติของพวกมัน
ใน Hi-C นักวิทยาศาสตร์ทำเครื่องหมายชิ้นจีโนมที่จับคู่ใหม่แล้วนับจำนวนครั้งที่แนบส่วนของจีโนมที่แตกต่างกัน เมื่อพบว่าดีเอ็นเอสองส่วนที่อยู่ไกลกันมักจะติดกัน แสดงว่ามีลูปอยู่
ในการศึกษาปี 2014 ของพวกเขา Aiden และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้ Hi-C เพื่อสร้างแผนที่เชิงพื้นที่โดยละเอียดของจีโนมเต็มรูปแบบในเซลล์ต่างๆ ของมนุษย์ รวมถึงเซลล์ปอด เต้านม และผิวหนัง ตลอดจนเซลล์มะเร็งสามประเภท การสำรวจได้ค้นพบจีโนมพันรอบที่มีขนาดต่างกัน ส่วนใหญ่ถูกยึดโดยโปรตีนที่เรียกว่า CTCF และโคเฮซิน โปรตีนเหล่านี้ยึดติดกับชุดตัวอักษร DNA ที่เฉพาะเจาะจงซึ่งจัดเรียงเหมือนตัวคั่นรอบจีโนมที่แทรกแซง “กลไกทั้งหมดที่เป็นรากฐานของสิ่งนี้ซับซ้อนเกินความคาดหมายของทุกคน” ไอเดนกล่าว
เพื่อระบุส่วนต่างๆ ของจีโนมที่อยู่ใกล้กันในเชิงพื้นที่ วิธี Hi-C จะตัด DNA
เป็นชิ้นๆ และประกอบชิ้นส่วนที่อยู่ใกล้เคียงเข้าไปใหม่ภายในนิวเคลียส เนื่องจากชิ้นส่วนของจีโนมที่อยู่ใกล้เคียงใน 1-D มักจะอยู่ใกล้เคียงใน 3-D แผนที่ Hi-C บางส่วน (ขวา) มีค่ามากตามแนวทแยง จุดสีแดงที่มุมของแผนที่นี้เผยให้เห็นบริเวณที่ห่างไกลของ DNA บนโครโมโซม 13 ที่เชื่อมต่อกันด้วยลูป
ที่มา: S. Rao et al / Cell 2014; E. Lieberman-Aiden et al / Science 2009; เครดิต: E. Otwell
แต่การถ่ายภาพแบบ Hi-C เป็นเพียงเครื่องมือหนึ่งในการสำรวจภูมิทัศน์ของจีโนม “การเปรียบเทียบคือการใช้ชีวิตโดยมีที่อุดหูและที่อุดหูและไม่เคยแตะต้องอะไรเลย” เขากล่าว “คุณไม่เคยต้องการที่จะพึ่งพาความรู้สึกเดียว สัมผัสเดียวสามารถหลอกคุณได้”
Indika Rajapakse นักชีววิทยาด้านการคำนวณจากมหาวิทยาลัยมิชิแกนในแอนอาร์เบอร์กล่าวว่าเทคนิคการทำแผนที่ที่วิเคราะห์ความใกล้ชิดควรจับคู่กับการวัดด้วยภาพเพื่อพูดอะไรบางอย่างเกี่ยวกับเรขาคณิตของจีโนม ตัวอย่างเช่น Rajapakse และเพื่อนร่วมงานของเขาพยายามวาดภาพจีโนมที่แม่นยำเชิงพื้นที่โดยจับคู่ Hi-C กับเทคนิคชื่อเล่น 3D-FISH ซึ่งติดฉลาก DNA ในสามมิติด้วยแท็กเคมีเรืองแสง
แม้ว่าข้อมูลโครงสร้างอาจบ่งชี้ว่าส่วนใดของนิวคลีโอมมีปฏิสัมพันธ์กัน แม้แต่แผนที่ที่คมชัดที่สุดก็ไม่ได้กล่าวถึงความหมายของปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวสำหรับเซลล์ หรือการเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาเหล่านั้นอย่างไร นักวิทยาศาสตร์ต้องการทำความเข้าใจว่าโครงสร้างของจีโนมเชื่อมโยงกับกิจกรรมทางพันธุกรรมที่สร้างและควบคุมสิ่งมีชีวิตอย่างไร และความเข้าใจนี้จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ในมิติที่สี่
credit : sassyjan.com rozanostocka.net jerrydj.net mitoyotaprius.net helendraperyoung.com devrimciproletarya.info sacredheartomaha.org tglsys.net flashpoetry.net bikehotelcattolica.net
