Uspořádání genomu v jádře buňky Rozdělení genetických elementů v jádře pro různé typy buněk a různé živočišné druhy (radiální distribuce) Úhlové distribuce pro geny a CT - interpretace Vzájemné vzdálenosti genetických elementů – výpočet a porovnání s experimentem Vazba genetických elementů (CT) mezi sebou Genom se příliš nehýbe Polohy chromosomů v jádře se mohou lišit Chr. 8 Chr. 22 cc--MYCMYC ABLABL Polohy genetických elementů v jádřePolohy genetických elementů v jádře Řezy středem jádra z různých jader přeložené přes sebe pro dva geny (c-MYC a ABL) Vzdálenosti genůVzdálenosti genů od středu jádraod středu jádra ABL, IGH a C-MYC v buňkách HL-60 a v G0 lymfocytech VzdálenostiVzdálenosti centromercentromer odod středu jádrastředu jádra Centromery 1, 8, 9 a 17 v buňkách HL-60 a ML-1 MLML--11HLHL--6060 Radiální uspořádání chromosomů v jádře (genově bohaté a časně se replikující oblasti (červeně) a genově chudé a pozdě replikující oblasti (zeleně) Two color replication labeling of SH-EP N14 cells with Cy3-dUTP and FITC-dUTP Schermelleh et a. (2001) Chromosome Res. 9:77-80 Uspořádání chromatinu homologního k lidským chromosomům #18 a #19 se u lymfoidních buněk zachovalo v průběhu evoluce vyšších primátů Tanabe et al. (2002), PNAS 99: 4424-9 Distribuce časně se replikujícího chromatinu microchromosomů a pozdně se replikujícího chromatinu makrochromosomů v interfázi kuřecích buněk a embryonálních fibroblastů a neuronů Habermann et al. (2001) Chromosome Res. 9:569-84 Uspořádání genomu v jádře buňky Rozdělení genetických elementů v jádře pro různé typy buněk a různé živočišné druhy (radiální distribuce) Úhlové distribuce pro geny a CT - interpretace Vzájemné vzdálenosti genetických elementů – výpočet a porovnání s experimentem Vazba genetických elementů (CT) mezi sebou Genom se příliš nehýbe Rozdělení úhlů mezi spojnicemi střed jádra – gen pro homologní dvojice genů. Jeden z genů dvojice leží na ose x, druhý je v ploše obrázku. A ABL Distance from the center of nucleus [µm] -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 Lateraldistance[µm] Úhlové distribuceÚhlové distribuce Rozdělení úhlů genRozdělení úhlů gen--středstřed--gengen Geny ABL, c-MYC, BCR, a centromera C1 v buňkách Go-lymfocytů Angle Úhly meziÚhly mezi spojnicemi středspojnicemi střed jádrajádra –– centromeracentromera propro homologníhomologní centromerycentromery MLML--11HLHL--6060 Centromery 1, 8, 9 a 17 v buňkách HL-60 a ML-1 Kompartmentalizace jádra Interfázní jádro Metafázní chromosom R-bandy Geny jsou neaktivní v průběhu interfáze Pozdě se replikují Mnoho genů je aktivních Časně se replikují během S-fáze Nejsou geny Pozdě se replikují během S-fáze G-bandy C-bandy Časně se replikuje Transkripčně aktivní DNA sekvence R-bandů Pozdě se replikuje Transkripčně neaktivní DNA sekvence G- a C-bandů Periferní kompartment Vnitřní kompartment Uspořádání genomu v jádře buňky Rozdělení genetických elementů v jádře pro různé typy buněk a různé živočišné druhy (radiální distribuce) Úhlové distribuce pro geny a CT - interpretace Vzájemné vzdálenosti genetických elementů – výpočet a porovnání s experimentem Vazba genetických elementů (CT) mezi sebou Genom se příliš nehýbe Model rotační symetrie (Blood, 89, 4537-4545, 1997) Rozdělení vzdáleností mezi homologními i heterologními geny lze předpovědět na základě modelu rotační symetrie jádra, který je založen na předpokladu náhodných úhlových distribucí genetických lokusů. Výpočet je založen na MonteCarlo simulaci radiálních rozdělení. Vzdálenosti mezi homologními a heterologními genetickými elementy Uspořádání genomu v jádře buňky Rozdělení genetických elementů v jádře pro různé typy buněk a různé živočišné druhy (radiální distribuce) Úhlové distribuce pro geny a CT - interpretace Vzájemné vzdálenosti genetických elementů – výpočet a porovnání s experimentem Vazba genetických elementů (CT) mezi sebou Genom se příliš nehýbe Polohy dvou genů na chromosomech 9 a 22Polohy dvou genů na chromosomech 9 a 22 Vázané stavyVázané stavy M inim ální vzáleno st lokusů pro ch ro m oso m y 8 a 22 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Pravděpodobnost 0.00 0.01 0.02 0.03 G o -lym focyty Minimální vzdálenost lokusů pro chromosomy 9a 22 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Pravděpodobnost 0.00 0.01 0.02 0.03 Go-lymfocyty Vzdálenosti dvou genů naVzdálenosti dvou genů na heterologníchheterologních chromosomechchromosomech Chromosomy 8 a 22Chromosomy 8 a 22 Chromosomy 9 a 22Chromosomy 9 a 22 Typické pro řadu dvojic genůTypické pro řadu dvojic genů a buněčných typůa buněčných typů ABL a BCR genyABL a BCR geny vv GoGo--lymfocytechlymfocytech Vazba mezi genetickými lokusy Vazba mezi genyVazba mezi geny Geny RET a H4Geny RET a H4 v buňkách štítnév buňkách štítné žlázyžlázy Uspořádání genomu v jádře buňky Rozdělení genetických elementů v jádře Radiální distribuce, hustota provděpodobnosti Úhlové distribuce pro geny a CT - interpretace Vzájemné vzdálenosti genetických elementů – výpočet a porovnání s experimentem Genom se příliš nehýbe, ke změnám dochází v mitóze Walter et al. (2003) J. Cell Biol. 160: 685 Walter et al. (2003) J. Cell Biol. 160: 685 HeLa buňky stabilně exprimující H2B-GFP Jak se bude chovat nevysvícený chromatin v průběhu cyklu ? Walter et al. (2003) J. Cell Biol. 160: 685 Cell cycles: . . . . . Labeling scheme Observation period Cy3 G1 G2 SG1 G2 G1 S G2 G1 S G2 G1 S G2 76321 Walter et al. (2003) J. Cell Biol. 160: 685 Struktura lidského genomu Závěry: 1) Genetické elementy v jádrech lidských buněčných linií jsou lokalizovány přednostně v radiálních vzdálenostech jež jsou specifické pro daný element; chromosomová teritoria tudíž vykazují radiálně závislou vnitřní strukturu 2) Nenáhodné radiální uspořádání je podobné u různých typů buněk a zachovalo se i v průběhu vývoje vyšších primátů a pravděpodobně i v průběhu delší evoluce 3) Genetické elementy různých chromosomů jsou lokalizovány nezávisle na sobě, a proto jsou chromosomová teritoria v jádrech buněk lokalizována nezávisle (tj náhodně) jedno na druhém 4) Genetické elementy a tím i CT mohou být vázány k sobě; frakce buněk s vázánými elementy se může lišit v závislosti na typu buněk 5) Chromatin je v interfázi málo pohyblivý (vazba k matrici?, málo prostoru), CT nemění vzájemné polohy, ty se mohou měnit v mitóze.