Dynamiczna organizacja genomów eukariotycznych w chromatynę zagęszcza DNA tak, aby mieściło się w granicach jądra, zapewniając jednocześnie wystarczającą dynamikę dla ekspresji genów i dostępność dla czynników regulacyjnych. Częściowo ta wszechstronność jest pośredniczona przez nukleosom, podstawową jednostkę chromatyny, która składa się z cząstki rdzenia ze 147 pz DNA owiniętego ~1,7 razy wokół oktameru histonu1. Nukleosom jest strukturą wysoce dynamiczną pod względem składu, z licznymi wariantami histonów i modyfikacjami potranslacyjnymi (PTM) na N- i C-końcowych ogonach histonowych. Ponadto chromatyna eukariotyczna oddziałuje z wieloma innymi istotnymi składnikami, takimi jak czynniki transkrypcyjne, maszyneria przetwarzania DNA i RNA, białka architektoniczne, enzymy biorące udział w przebudowie i modyfikacji chromatyny oraz cząsteczki RNA związane z chromatyną. Te kluczowe mechanizmy zaangażowane w transkrypcję, replikację i naprawę wymagają dostępu do chromatyny, która służy jako naturalny substrat dla tych procesów. W związku z tym zrozumienie mechanizmów molekularnych leżących u podstaw tych transakcji DNA wymaga precyzyjnego zdefiniowania zbiorowych zmian w strukturze chromatyny w określonych regionach genomu, w których zbiegają się te mechanizmy i ułatwiają reakcje biologiczne.
Pomimo identyfikacji wielu czynników chromatyny poprzez genetykę i badania interakcji białko-białko, przeprowadzanie bezpośrednich, bezstronnych i kompleksowych analiz interakcji chromatyny w poszczególnych miejscach genomowych pozostało istotną przeszkodą2,3. Początkowo można było wyizolować tylko bardzo liczne regiony genomu (tj. powtarzające się loci) lub plazmidy z wieloma kopiami w wystarczających ilościach i czystości do identyfikacji powiązanych białek metodą spektrometrii mas4,5,6,7. Szereg nowych podejść opartych na bezpośredniej hybrydyzacji sond wychwytujących z chromatyzowanym DNA, biotynylacji zbliżeniowej przy użyciu systemu CRISPR-dCas9 lub wiązaniu specyficznych dla sekwencji białek adapterowych z miejscem zainteresowania zaczęło odkrywać proteom loci pojedynczej kopii z genomów drożdży i ssaków8,9,10. Jednak wszystkie te metody wymagają sieciowania formaldehydu w celu ustabilizowania interakcji białko-DNA i sonikacji w celu rozpuszczenia chromatyny w celu późniejszego oczyszczenia. Obie manipulacje łącznie wykluczają możliwość późniejszych badań strukturalnych i funkcjonalnych oczyszczonej chromatyny.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia, wcześniej opracowaliśmy metodologię, która wykorzystuje rekombinację specyficzną dla miejsca do ekstrakcji docelowych domen chromosomowych z drożdży11,12. W istocie, interesujący region genomowy jest otoczony miejscami rozpoznawania (RS) dla specyficznej dla miejsca R-rekombinazy z Zygosaccharomyces rouxi, jednocześnie włączając grupę trzech miejsc wiązania DNA dla prokariotycznego białka represora transkrypcji LexA (LexA) w tym samym regionie. Komórki drożdży zawierają kasetę ekspresyjną do jednoczesnej ekspresji R-rekombinazy i białka LexA połączonego ze znacznikiem tandemowego oczyszczania powinowactwa (TAP). Po indukcji R-rekombinazy enzym skutecznie wycina docelowy region z chromosomu w postaci kolistej domeny chromatyny. Domena ta może zostać oczyszczona za pomocą białka adapterowego LexA-TAP, które wiąże się z miejscami wiązania DNA LexA, a także ze wsparciem powinowactwa. Metoda ta została ostatnio wykorzystana do wyizolowania odrębnych domen chromatyny zawierających wybrane początki replikacji chromosomu III drożdży13.
Jedną z głównych zalet tego podejścia ex vivo jest to, że pozwala ono na analizę funkcjonalną wyizolowanego materiału. Na przykład domeny początkowe replikacji oczyszczone tą metodą można poddać testom replikacji in vitro w celu oceny skuteczności wypalania w probówce z natywnych matryc chromatyny złożonych in vivo. Ostatecznie charakterystyka biochemiczna i funkcjonalna wyizolowanego materiału może pozwolić na odtworzenie procesów jądrowych przy użyciu oczyszczonych białek wraz z natywną matrycą chromatyny. Podsumowując, metodologia ta otwiera ekscytującą drogę w badaniach nad chromatyną, ponieważ możliwe będzie śledzenie zbiorowych zmian składu i struktury chromatyny w określonym regionie genomu podlegającym określonej transakcji chromosomalnej.