Ученые из России впервые увидели, как клетки "разматывают" ДНК
Российские ученые и их американские коллеги выяснили, как работает белок FACT, "распаковывающий" свернутую ДНК клеток без затрат энергии, что поспособствует созданию новых лекарств от рака и раскрытию секретов зарождения жизни на Земле, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Structural & Molecular Biology.
Общая длина всех молекул ДНК, входящих в состав хромосом человека, составляет около двух метров, поэтому нашим клеткам приходится "сжимать" их нити примерно в 10 тысяч раз для того, чтобы они могли поместиться в ядре. Для этого, к примеру, клетка "наматывает" ДНК на особые белковые "катушки"-нуклеосомы, так называемые белки-гистоны, которые удерживают ее нити на месте и к тому же влияют на их активность.
Когда клетка хочет считать какой-то ген, ей приходится частично "разматывать" эти генетические катушки. То же самое происходит при делении, когда клетке нужно создать копию своей ДНК и передать ее одной из дочерних клеток. Это очень сложный процесс, в котором ключевую роль играет специальный белок FACT, одновременно помогающий ДНК распутаться и запутаться. То, как он работает и как много энергии он тратит на эту операцию, ученые не знали.
Ксения Кудряшова, сотрудник Института биоорганической химии РАН и МГУ имени Ломоносова, и ее коллеги по институту и ученые из США, выяснили, как работает FACT и показали, что он почти не тратит на это энергии, наблюдая за работой данного белка при помощи новой методики микроскопии, созданной в России.
Как рассказывает Кудряшова, данная методика, так называемая spFRET-микроскопия, позволяет следить за работой и структурой одиночных молекул благодаря добавлению в них "хвостов", которые светятся, если подсветить их лазерным лучом определенного цвета. Яркость свечения каждого такого "хвоста" зависит от того, где он расположен, что позволяет следить за изменениями в структуре молекул ДНК и белков во время "разматывания" катушек генетического кода.
Используя данную методику, ученым впервые удалось увидеть, как FACT раскручивает нуклеосомы, при этом не тратя на это энергии, что стало неожиданностью для самих биологов, так как другие ферменты, взаимодействующие с ДНК, обычно тратят на этот процесс много АТФ, клеточной "энерговалюты".
Оказалось, что самого факта соединения FACT с "катушками" ДНК было достаточно для того, чтобы нити генетического кода распрямились сами по себе и при этом не оторвались от гистонов. Благодаря этому клетка получает возможность "считать" выпрямленную ДНК и после этого ей не приходится заново наматывать ее на белковую "катушку".
Изучение этого процесса, как считают ученые, поможет нам понять, как происходит подобный процесс в раковых клетках, чьи гены отличаются повышенным уровнем активности, и понять, как работу FACT в них можно подавить. Кроме того, дальнейшее изучение работы FACT поможет ученым выяснить, как возник этот белок и какую роль он играет в размножении "здоровых" клеток во время роста зародыша или в детском организме.
