Дослідження, яке було опубліковано в журналі Nature Structural & Molecular Biology, було зроблено професором Ноамом Капланом і студентом магістратури Хайей Хурі з Техніона разом з колегами з медичного центру дитячої лікарні Цинциннаті в США. Провідним дослідниками в Цініціннаті були професор Сатоши Намекава і студент-дослідник Кріс Алваттам.
ДНК в живій клітині упакована разом з прикріпленими до неї білками в молекулярний комплекс під назвою хроматин. Хоча з першого погляду може здатися, що хроматин служить тільки упаковкою генетичних даних в ДНК, спосіб упаковки ДНК значно впливає на клітинні системи. Наприклад, щільно упакована ДНК може стати недоступною для біологічного механізму, який зчитує ДНК, що може не дозволити активувати гени, закодовані в цій послідовності ДНК.
Поточне дослідження вивчило організацію ДНК під час сперматогенезу - розвитку сперматозоїдів. Хоча сперматогенез давно вивчений, спосіб, яким ДНК упаковується під час цього процесу, ще не був детально документований через технологічні проблеми. Тепер дослідники вирішили цю проблему, використовуючи нову технологію, названу Hi-C, яка поєднує експериментальну молекулярну біологію з обчислювальним аналізом для вимірювання просторової організації ДНК.
Кожен день чоловіче тіло "виробляє" мільйони сперматозоїдів. Одним з критичних етапів в утворенні сперматозоїдів є мейоз (поділ клітин). На початку мейозу ДНК кардинально реорганізується, оскільки хромосоми згущуються при підготовці до майбутнього поділу клітин. Крім того, конденсовані хромосоми обмінюють сегменти ДНК і таким чином збільшують генетичну мінливість.
Ізраїльсько-американська дослідницька група успішно ізолювала сперматозоїди миші на початку мейозу, коли хромосоми конденсувались, а потім використовувала Hi-C для вимірювання просторової організації ДНК. Дослідники виявили, що просторова структура хроматину поступово посилюється під час сперматогенезу, поки не досягне своєї остаточної сили зрілої сперми. Вони припускають, що ця організація дозволяє сперматозоїдам активувати широкий спектр генів під час мейозу, що дозволяє клітинам пізніше купувати унікальну здатність продукувати всі типи клітин після запліднення. За словами професора Каплана, «в майбутньому ми маємо намір використовувати цей підхід, щоб зрозуміти, як просторова структура генома може впливати на фертильність».
Дане дослідження підтримувалося Національним інститутом здоров'я (NIH), Фондом Азріель і стипендією Генрі і Мерилін Тауб.
Професор Каплан приєднався до медичного факультету ім. Раппапорта в Техніон в 2016 році і створив міждисциплінарну лабораторію для вивчення просторової структури і функції геномів в сфері охорони здоров'я і захворювань. Хайя Хурі отримала ступінь бакалавра на біологічному факультеті Техніона і в даний час пише магістерську роботу в області біомедичних наук на медичному факультеті ім. Раппопорта в Техніоні.