Новости

Jun 18, 2023

Визуализация

Scientific Reports, том 13, номер статьи: 12749 (2023) Цитировать эту статью 1 Подробности об альтметрических метриках Эпигенетическая дисрегуляция хроматина является одним из признаков развития рака и

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12749 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Эпигенетическая дисрегуляция хроматина является одним из признаков развития и прогрессирования рака, и ее постоянно исследуют как потенциальный общий биомаркер этого сложного заболевания. Одним из ядерных факторов, участвующих в регуляции генов, является уникальный белок DEK — шаперон гистонов, модулирующий топологию хроматина. Уровни экспрессии DEK значительно увеличиваются от нормальных до раковых клеток, что повышает возможность использования DEK в качестве опухолевого маркера. Хотя известно, что DEK участвует в эпигенетической и транскрипционной регуляции, детали этих взаимодействий и их значение в развитии рака остаются в значительной степени неуловимыми. В этой работе мы исследовали пространственную корреляцию между ядерным распределением DEK и структурой хроматина - наряду с прогрессированием рака молочной железы - используя кросс-корреляционную спектроскопию изображений (ICCS) в сочетании с анализом бесконтактного лигирования (PLA). Мы провели исследование на модели, основанной на трех хорошо известных линиях клеток молочной железы человека, чтобы учесть гетерогенность этой опухоли (клетки MCF10A, MCF7 и MDA-MB-231). Наши результаты показывают, что сверхэкспрессия DEK коррелирует с общим более высоким уровнем пространственной близости между DEK и метками гистонов, соответствующими областям промоторов генов (H3K9ac, H3K4me3), хотя это не коррелирует с пространственной близостью между DEK и энхансерами генов (H3K27ac). Кроме того, мы заметили, что колокализирующиеся фракции DEK и метки гистонов ниже для подтипа неинвазивных клеток, чем для высокоинвазивной клеточной линии (MDA-MB-231). Таким образом, это исследование предполагает, что роль DEK в транскрипционно активных областях хроматина варьируется в зависимости от подтипа клеточной линии рака молочной железы.

Физиологическое состояние хроматиновой ДНК поддерживается на основе сложной армады процессов, которые работают согласованно, обеспечивая регуляцию ДНК. Среди всех вовлеченных механизмов модификация гистонов представляет собой одну из отличительных черт1. Эти модификации — например, ацетилирование, метилирование, фосфорилирование и убиквитинирование — часто называют «эпигенетическим кодом»2, поскольку они влияют на доступность транскрипционного аппарата для ДНК, не изменяя напрямую последовательность ДНК. Действительно, эпигенетический код играет решающую роль в организации большинства процессов, связанных с ДНК. Нефизиологические уровни модификаций гистонов часто встречаются при различных заболеваниях человека, например, аутоиммунных заболеваниях, нейродегенеративных заболеваниях, сердечно-сосудистых заболеваниях и раке3, и, как таковые, часто участвуют в процессе прогнозирования4. Например, в контексте рака молочной железы дисбаланс ацетилирования и метилирования хвостов гистонов приводит к необычному открытию или закрытию структуры хроматина5, а некоторые другие эпигенетические метки, например убиквитинирование, сильно дерегулированы6,7,8,9, 10,11,12. В целом, изменение нормального эпигенетического паттерна может представлять собой один из первых шагов в процессе онкогенной трансформации13.

Модификации гистонов регулируют экспрессию генов, модулируя пространственную доступность к геному различных белков, которые участвуют в этапах процесса транскрипции, часто называемого механизмом транскрипции. Однако модификация гистонов — не единственный механизм, влияющий на регуляцию генов: действительно, множество белков играют значительную роль в этой цели, участвуя в различных этапах процесса транскрипции. Одним из клеточных факторов, участвующих в регуляции генов, является белок DEK, который также участвует в нескольких онкогенных механизмах14,15. Сверхэкспрессия белка DEK неизменно связана с повышенной пролиферацией клеток, прогрессированием опухоли, плохим прогнозом для пациентов и, следовательно, с поздней стадией рака. Более того, этот вездесущий ядерный фактор связывается со многими широко и широко экспрессируемыми генами16 и участвует в регуляции генов в клетках рака молочной железы17. В этом контексте большой интерес представляет дальнейшее исследование взаимодействия DEK с открытой структурой хроматина. Для этого мы выбрали многоцветную конфокальную флуоресцентную микроскопию, один из самых мощных и универсальных инструментов для изучения пространственного совместного распределения ядерных белков. Чтобы увеличить информативность, получаемую с помощью необработанных данных изображений, мы использовали анализ кросс-корреляционной спектроскопии изображений на основе пикселей (ICCS), недавно примененный в аналогичном контексте18,19,20. Благодаря подходу ICCS можно охарактеризовать колокализацию DEK с маркерами хроматина, получив таким образом косвенное измерение их функциональных взаимодействий. Чтобы иметь возможность подтвердить эти потенциальные взаимодействия, часто полезно дополнить анализ колокализации визуализации методами in situ, например, резонансной передачей энергии Фёрстера (FRET) или коиммунопреципитацией in vitro. В нашем исследовании мы сопоставили анализ ICCS с анализом лигирования близости (PLA), многообещающим решением для визуализации близости в нанометровом масштабе между двумя мечеными факторами21,22. Действительно, этот метод использует непрямое иммуноокрашивание и последующий анализ с участием ферментов для выявления взаимодействий эндогенных белков, расположенных на расстоянии менее 40 нм друг от друга23.