Was ist ein topologischer Bereich?

TADs wurden ursprünglich entdeckt, indem Kontaktwahrscheinlichkeiten zwischen Regionen des Genoms mithilfe von HiC berechnet wurden (eine Methode zur Erfassung der Chromosomenkonformation, die versucht, eine Vorstellung davon zu vermitteln, wie das Genom im Zellkern organisiert ist, indem die Wahrscheinlichkeit berechnet wird, dass sich jeder Kontakt in der Nähe eines anderen Locus befindet ). Die Leute haben herausgefunden, dass einige Loci, anstatt zufällig zu sein, eher mit einigen Regionen des Genoms als mit anderen in Kontakt standen, was auf eine Form von funktioneller Bedeutung hindeutet.

Kurz gesagt: Ein TAD ist eine genomische Region mit erhöhter Kontaktwahrscheinlichkeit. Sie sind von funktioneller Relevanz (z. B. erfolgt die Enhance-Promoter-Genexpressionsregulation hauptsächlich innerhalb eines TADs und nicht zwischen zwei (benachbarten) TADs).

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Schließlich zeigt das folgende Bild (aus der letztgenannten Veröffentlichung) ein Beispiel für zwei TADS:

Das untere Feld zeigt die Kontaktwahrscheinlichkeit: Zwei Regionen des Genoms scheinen isoliert zu sein, obwohl sie nahe beieinander liegen. Sie zeigen eine signifikante Selbstinteraktion. Eine Interpretation dafür (oberes Bild) besteht darin, sich vorzustellen, dass das Genom eine gewisse reproduzierbare Kondensation aufweist, was die erhöhten Kontakte erklärt.

Topologische Aspekte der DNA-Struktur ergeben sich hauptsächlich aus der Tatsache, dass die beiden DNA-Stränge wiederholt miteinander verflochten sind. Diese beiden Stränge zu entwirren, was bei allen wichtigen genetischen Prozessen vorkommt, kann sich als ziemlich schwierig erweisen. Im einfachsten Fall einer linearen DNA in Lösung ist ein Entwirren aufgrund der freien Rotation der DNA-Enden möglich. Für alle natürlichen DNAs ist die Drehung freier Enden jedoch entweder eingeschränkt oder ganz verboten. Folglich wird das Entwirren der beiden DNA-Stränge topologisch unmöglich ( Abbildung 1 veranschaulicht dies für den imaginären Fall eines zirkulären DNA-Moleküls, bei dem die beiden Stränge nur einmal verwickelt sind).

Ein DNA-Segment, das so eingeschränkt ist, dass die freie Rotation seiner Enden unmöglich ist, wird als topologische Domäne bezeichnet ( Abbildung 2). Ein kanonisches Beispiel für eine topologische Domäne ist zirkuläre DNA, die typisch für Bakterien, Mitochondrien, Chloroplasten, viele Viren usw. ist. In diesem Fall gibt es offensichtlich überhaupt keine DNA-Enden, da beide DNA-Stränge kovalent geschlossen sind. Obwohl eukaryotische Chromosomen insgesamt linear sind, bestehen sie aus großen DNA-Schleifen, die fest mit der Kernmatrix verbunden sind. Diese Schleifen stellen topologische Domänen dar, dh sie sind topologisch äquivalent zu zirkulärer DNA. Die Enden linearer DNA können auch an der Membran befestigt werden, wie es für einige Viren gezeigt wurde, wodurch diese DNA topologisch geschlossen wird. Schließlich kann auch ein DNA-Abschnitt, der sich zwischen den beiden massiven Proteinkörpern befindet, als topologische Domäne angesehen werden.

Quelle: Grundlagen der DNA-Topologie