Ученые проследили за движением нитей ДНК внутри ядра клеток

Ученые проследили за движением нитей ДНК внутри ядра клеток

Российские ученые впервые детально изучили, как движутся нити ДНК внутри их белковой упаковки в ядрах клеток. Благодаря этому можно выявить новые механизмы включения и выключения генов, пишет пресс-служба МГУ им. Ломоносова. Исследование опубликовал научный журнал Nature Communications.
 123 •
  0
30.04.2021
https://www.shutterstock.com/

«Двойная спираль ДНК подобна винту. Предполагается, что она может одновременно скользить и прокручиваться вдоль поверхности белков ее оболочки. Нам удалось показать, что благодаря локальным деформациям ДНК и белков-гистонов этот процесс происходит поэтапно. Сначала прокручивается одна часть ДНК, а затем следующая – своего рода гусенично-винтовой механизм», – рассказал один из авторов работы, ведущий научный сотрудник МГУ Алексей Шайтан.

Общая длина всех молекул ДНК из хромосом человека составляет около двух метров. Чтобы они поместились в ядре, нашим клеткам приходится «сжимать» их нити примерно в 10 тыс. раз. В частности, клетка наматывает нить ДНК на особые молекулярные «катушки» из белков-гистонов. Благодаря этому геном можно упаковать очень компактно, но при этом значительная часть нити ДНК оказывается запрятанной внутри этих структур.

За миллионы лет эволюции появилось множество систем, с помощью которых клетки разматывают эти «катушки», считывают гены и модифицируют структуру их упаковки так, чтобы те было проще считывать. Эти процессы играют критически важную роль в приспособлении клеток к меняющимся условиям среды.

В новой работе Шайтан и его коллеги, в том числе академик РАН Михаил Кирпичников, выяснили сразу несколько новых механизмов, которые управляют считываемостью генов. В ходе исследования они просчитывали на атомном уровне, как меняется положение нити ДНК внутри ядра клетки.

С помощью суперкомпьютера «Ломоносов-2» ученые просчитали, как ведут себя гистоны с намотанной на них ДНК на протяжении около 15 микросекунд. Это очень большое время для подобных расчетов.

Благодаря этому Шайтан и его коллеги проследили, как нить ДНК отсоединяется от белков, как при этом меняется ее структура и какие факторы влияют на движение цепочки нуклеотидов, а также ее повторное соединение с белковыми «катушками».

Расчеты показали, что неожиданно большую роль в управлении активностью генов играет так называемое «дыхание» ДНК – одна из частей процесса по повторному наматыванию цепочек нуклеотидов на гистоны. Биологи выделили те части белковых «катушек», которые отвечают за работу этого «дыхания», а также поняли, как особенности в их структуре влияют на частоту отсоединений и соединений ДНК и то, как далеко ее нить может отходить от белков.

Шайтан и его коллеги надеются, что результаты их работы помогут точнее предсказывать то, как изменения в структуре оболочки ДНК будут влиять на активность различных генов. С нарушениями в работе этих механизмов упаковки и распаковки ДНК сегодня связывают многие случаи развития рака и различных врожденных болезней.

Источник: nauka.tass.ru

Комментарии для сайта Cackle

Актуальное

Главное


Партнеры

Все партнеры