Цивилизация
Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова создали метод маркировки работающих генов, основываясь на различиях активных и неактивных участков хромосом во время репликации из ДНК. Статья об этом опубликована в журнале Current Biology.
Российские ученые совместно со своими коллегами из США исследовали способы упаковки ДНК в клеточном ядре и их изменение в процессе ее репликативного синтеза. Считается, что характер упаковки ДНК оказывает существенное влияние на работу генов и является одним из механизмов эпигенетического контроля генной экспрессии.
ДНК в клетке существует в виде комплекса с белками — хроматина. Начальные этапы компактизации хроматина достаточно хорошо исследованы — это нуклеосомы, белковые глобулы размером около 10 нм, состоящие из восьми молекул белков-гистонов, на которые наматывается ДНК. Затем цепочка нуклеосом укладывается непонятным пока образом в более толстые фибриллы, хромонемы, в результате чего достигается очень высокая степень компактизации. Так, длина максимально компактизованной митотической хромосомы в 20 тыс. раз меньше длины уложенной в ней ДНК.
Репликация — это процесс синтеза дочерней молекулы ДНК на матрице родительской молекулы, а транскрипция — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. ДНК в составе хромосом чрезвычайно плотно и сложно упакована, и традиционно считалось, что для осуществления процессов матричного синтеза (транскрипция и репликация) эта упаковка мешает и должна быть нарушена в масштабе довольно больших по размеру хроматиновых доменов. Идентифицировать эти домены и проанализировать их структурную организацию с высоким пространственным разрешением, не нарушив при этом их естественной структуры, было достаточно сложно.
«Мы предложили метод маркировки работающих генов, основываясь на различиях активных и неактивных хромосомных участков во времени репликации из ДНК. Наш метод позволил осуществлять недеструктивные (неразрушающие) исследования хроматина. Он основан на комбинации мечения новосинтезированной (дочерней) ДНК методами click-химии с последующей детекций продуктов реакции методами корреляционной флуоресцентной микроскопии с суперразрешением и иммуноэлектронной микроскопии. Иными словами, одну и ту же молекулу в данной клетке мы можем видеть и в оптический, и в электронный микроскоп», — рассказал соавтор статьи Игорь Киреев.
Используя данный подход, ученые сделали два неожиданных наблюдения. Во-первых, «работающий» хроматин, вопреки традиционным представлениям, сохраняет весьма высокую степень упаковки, поскольку представлен высокоструктурированными хроматиновыми фибриллами высшего порядка — хромонемами. Во-вторых, оказалось, что ДНК в составе хромонем обладает высокой структурной пластичностью, то есть способна как бы «перетекать» из одного участка хромонемы в соседний. При этом общая плотная структура хромонемы не изменяется. Эти наблюдения не укладываются в рамки существующих теорий о пространственной организации хромосом, но в то же время позволяют высказать новые гипотезы о механизмах передачи эпигенетической информации в процессе клеточного деления.
Другой вывод, озвученный в статье, состоит в том, что структурная организация генома не является жесткой иерархией. Конечно, есть некие последовательные уровни организации ДНК. Раньше думали, что должна быть четко зафиксированная система, которая однозначно приводит к формированию хромосом. Сейчас оказывается, что все может быть по-другому: есть некие принципы построения, но внутри заданных границ ДНК обладает некоторой свободой и пластичностью.
