Forskare har producerat de mest detaljerade kartorna hittills över hur människans DNA veckas och omorganiseras i tre dimensioner och över tid. Detta arbete, lett av forskare vid Northwestern University som en del av 4D Nucleome-projektet, belyser hur genommets arkitektur påverkar genaktivitet och sjukdomsrisk. Resultaten, publicerade i Nature, kan påskynda upptäckten av genetiska mutationer kopplade till sjukdomar som cancer.
I ett betydande framsteg för genetik har forskare vid Northwestern University, som samarbetar i 4D Nucleome-projektet, skapat omfattande kartor över det mänskliga genomet tredimensionella organisation och dess förändringar över tid. Forskningen använde mänskliga embryonala stamceller och fibroblaster för att fånga hur DNA interagerar, veckas och förskjuts under celltillväxt, funktion och delning. Publicerad i tidskriften Nature 2025 ger studien nya insikter i de fysiska arrangemangen som styr genuttryck. DNA förblir inte som en linjär tråd inne i celler; det bildar loopar och kompartment inom kärnan, som avgör vilka gener som aktiveras eller deaktiveras. Detta påverkar utveckling, cellidentitet och känslighet för sjukdomar. Teamet integrerade flera genomiska tekniker för att generera en detaljerad datamängd, som avslöjar mer än 140 000 kromatinloopar per celltyp, tillsammans med ankarelement som reglerar gener. De klassificerade också kromosomala domäner och producerade högupplösta 3D-modeller på enskild cellnivå, som visar variationer i struktur kopplade till processer som transkription och DNA-replikation. Medförfattare Feng Yue, Duane and Susan Burnham-professor i molekylärmedicin vid Northwesterns avdelning för biokemi och molekylärgenetik, betonade arbetets betydelse. «Att förstå hur genomet veckas och omorganiseras i tre dimensioner är essentiellt för att förstå hur celler fungerar», sade Yue. «Dessa kartor ger oss en oöverträffad vy över hur genommets struktur hjälper till att reglera genaktivitet i rum och tid.» Forskare benchmarkade olika teknologier för att bedöma deras effektivitet i att detektera loopar, domängränser och positionsförändringar. De utvecklade också beräkningsverktyg för att förutsäga genommets veckning enbart från DNA-sekvenser, vilket möjliggör uppskattningar av hur genetiska varianter kan förändra 3D-strukturer utan labexperiment. Dessa framsteg lovar goda utsikter för medicinen, särskilt eftersom många sjukdomskopplade varianter förekommer i icke-kodande regioner. «Den 3D-genomorganisationen ger en kraftfull ram för att förutsäga vilka gener som sannolikt påverkas av dessa patogena varianter», noterade Yue. Framtida tillämpningar kan inkludera riktning mot strukturella fel i cancerformer som leukemi med läkemedel som epigenetiska hämmare, vilket potentiellt leder till nya diagnostik och behandlingar.
