Ученые из «Сколтеха» выяснили, зачем клетка строит «заборы» внутри ядра

Ученые из «Сколтеха» выяснили, зачем клетка строит «заборы» внутри ядра

Российские молекулярные биологи выяснили, что так называемая ламина, своеобразный белковый «каркас» ядра клетки, играет важную роль в упаковке ее ДНК, распределяя хромосомы особым образом внутри него. Их выводы были представлены в журнале Nature Communications.
 109 •
  0
07.04.2019
«Мы с коллегами из Института Биологии Гена РАН поставили эксперимент – разрушили ядерную ламину в клетках дрозофилы. Мы проверили, как это влияет на упаковку хромосом внутри клеточного ядра», — рассказывает Екатерина Храмеева, научный сотрудник Сколковского института науки и технологий.

Вопреки представлениям обывателей, хромосомы приобретают характерную Х-образную форму и становятся хорошо заметными в микроскоп только во время деления клетки. Во время интерфазы, периода спокойствия, они теряют свою форму и превращаются в своеобразный клубок из тесно переплетенных нитей, чей «формат» упаковки и сам факт существования вызывает большой интерес со стороны физиков.

Этот клубок, напоминающий по своей структуре брикет лапши быстрого приготовления, как предположили советские физики еще в 1988 году, представляет собой так называемый фрактальный клубок. Так ученые называют особую математическую структуру из пересекающихся кривых, чьи завитки повторяют, как и все фрактальные объекты, форму всей хромосомной нити.

Биологи уже много десятилетий изучают структуру этой ДНК-«лапши», пытаясь понять, как именно упаковка генома влияет на его считываемость и как нарушения в ее работе способствуют развитию рака и других тяжелых болезней.

Как передает пресс-служба «Сколтеха», Храмеева и ее коллеги раскрыли один из самых значимых факторов, управляющих процессом «упаковки» хромосом в клубок из переплетенных нитей ДНК, изучая работу так называемой ламины. 

Она представляет собой особый белковый каркас, жесткую сеть из соединенных друг с другом белковых волокон трех разных типов. Они соединяются с нитями ДНК и с внутренним слоем молекул в оболочке ядра, скрепляя их между собой и укладывая геном внутри него особым образом.

То, зачем клетка окружает хромосомы подобным белковым «забором», ученые не знали, однако повреждение одного из генов, LMNA, отвечающих за его сборку, приводит к развитию прогерии, болезни, заставляющей тело человека стареть в десятки раз быстрее нормы.

Российские молекулярные биологи попытались раскрыть его функцию, разрушив ламину в клетках обычных лабораторных мушек-дрозофил и пометив их хромосомы при помощи светящихся красок. Наблюдая за их свечением, исследователи проследили за «миграциями» хромосом и изменениями в жизнедеятельности клетки.

Эти опыты показали, что удаление белкового «забора» сделало клубок из нитей ДНК более плотным и однородным, а активность некоторых генов при этом значительно выросла. Эти участки ДНК, как выяснили ученые, раньше находились в тех точках, где нити ламины присоединялись к хромосомам и формировали своеобразные «узлы» с высокой плотностью упаковки.

«Наши коллеги с физфака МГУ сделали компьютерные симуляции и показали, что одного контакта с ядерной ламиной достаточно для того, чтобы глобулы хроматина уплотнялись. Получается, ламина делает более конденсированными те участки хромосом, с которыми она непосредственно соприкасается, но при этом уменьшает общую плотность упаковки хромосом в ядре», — продолжает Храмеева.

Иными словами, ламина не повышала плотность упаковки ДНК, а наоборот, растягивала некоторые ее участки и делала ее менее однородной. Как предполагают ученые, подобным образом клетки отключают «ненужные» или опасные гены, способные вызвать рак, а также повышают стабильность всего «клубка» хромосом.

Источник: ria.ru

Партнеры

Все партнеры