Computational analysis of 3D genome organization and its effect on nuclear morphology and mechanics

Progeria, Emery-Dreifuss kas distrofisi ve kanser türleri dahil olmak üzere birçok hastalıkta, hücre çekirdeği yapısında ve mekaniğinde değişimler gözlenmektedir. Bu değişimlerin sebeplerinden bir tanesi de 10-mikron boyuta sahip olan elastik hücre çekirdeğini dolduran kromatindir. Kromatin ve hücre çekirdeğinin arasındaki ilişkinin polimer fizik prensipleri tam olarak bilinmemektedir. Kromatin polimeri ve hücre çekirdeğinin arasındaki ilişkiyi açıklayabilmek için elastik çekirdek için iri taneli polimer modelinden yararlanarak kromatin faz dağılımı üzerinde yoğulaştık. Yaklaşımımız normal ve ters kromatin organizasyonunu modelleyebildi ve aynı zamanda hücre çekirdeğinin deforme olmasını sağladı. Biyolojik kromatin hacim oranlarını elde ederek, heterokromatinin kendisiyle ve çekirdekle olan etkileşimi incelenmesi sonucunda heterokromatinin, hücre çekirdeği yapısını etkileyen önemli faktörlerden biri olabileceği görüldü. Simulasyonlar, heterokromatin-çekirdek kabuğunun arasındaki etkileşimlerindeki değişikliğin, hücre çekirdeğinin dalgalanmasını etkileyebileceğini ve yapısının bozulabileceğini gösterdi. Ayrıca heterokromatin-heterokromatin ve heterokromatin-kabuk etkileşimleri arasındaki bağlantının faz dağılımda ve hücre çekirdeği dalgalanmalarında rol oynamadığı gözlemlenmiştir. Yüksek heterokromatin oranları düşük kromatin hacim oranlarında normal olmayan hücre çekirdeği yapısına sebep olmaktadır ve bu bazı deneysel sonuçlarla ters bir eğilim göstermektedir. Heterokromatin etkileşimlerini incelediğimiz her durumda, kromatin hacim oranının hücre çekirdeği dalganlamalarını baskılayıcı bir etki gösterdiği görülmüştür. Ek olarak, kuvvet-gerilim ilişkisi: heterokromatinin çekirdek kabuğuna bağlanması ve kendi içinde çapraz bağlanmasının, çekirdek kabuğuna kromatin temelli bir sertlik kazandırdığını gösterdi. Tüm bulgular incelendiğinde sonuçlarımız, kromatinin (özellikle heterokromatinin), önemli bir ölçüde hücre çekirdeğinin morfolojisine ve mekaniğine katkı sağladığını gösterdi.