Предотвращение хромосомного хаоса: открыт белковый механизм стабилизации генома
Международная команда ученых, отслеживая движение меченых флуоресцентными метками участков генома в ядрах живых клеток, определила, что белок ламин A играет ключевую роль в поддержании структурной стабильности генома.
Исследователи под руководством профессора Юваля Гарини из Университета Бар-Илан (Израиль) показали, как этот белок участвует в образовании «сшивок», ограничивающих свободу движения генетического материала внутри ядра. Это создает стабильную связанную полимерную структуру, которая способствует целостности хромосом и делает возможной нормальную репликацию клеток.
Результаты, опубликованные 24 августа 2015 года в Nature Communications, представляют комплексную модель, объясняющую биофизические основы динамики и организации хромосом.
«Якорь» для организации хроматина
«Внутри ядра чрезвычайно длинные нити ДНК создают то, что можно описать как чашу динамично двигающейся "генетической спагетти"», — говорит Гарини. — «Если этот материал запутывается или образует узлы, упорядоченное удвоение ДНК — важный этап нормального деления клетки — не может произойти. Мы определили, что организация генома контролируется межхромосомными связывающими событиями, которые "якорят" участки хроматина друг к другу для достижения гибкой стабильности».
Исследование показывает, что значительная часть активности ламина A происходит по всему нуклеоплазму, демонстрируя, что эта активность в масштабах всего ядра в значительной степени ответственна за структурную стабильность хроматина.
Подтверждение новой модели было получено при наблюдении резко отличающейся динамики хроматина при удалении ламина A. В клетках с дефицитом этого белка движение было быстрым и сильно рассредоточенным, в отличие от медленного и локализованного движения в клетках, содержащих ламин A.
Отслеживание «дорожных паттернов» в ядре
Ученые использовали метод отслеживания единичных частиц (single particle tracking), который позволяет пометить флуоресцентным маркером почти любую точку в живой клетке и создать «фильм», показывающий её перемещение. В этом исследовании анализировалось одновременное движение множества субъединиц ДНК для характеристики общих паттернов.
«Следуя за сотнями путей и анализируя результаты с помощью математических инструментов, мы смогли выяснить, как присутствие ламина A ограничивает движение хроматина и способствует стабильности организации генома», — объясняет Гарини.
Медицинские последствия
Открытый механизм, способствующий стабильности, может иметь значительные последствия для понимания и лечения заболеваний, связанных с мутациями в белке ламин A.
- Прогерия — редкое заболевание, вызывающее быстрое старение детей, связано с мутировавшим ламином A. Возможно, эта мутация препятствует упорядоченному делению клеток.
- Мышечная дистрофия также отмечена мутантным ламином A.
Новая модель может в будущем способствовать разработке целевых лекарств и использоваться в генетическом скрининге для медицинской диагностики.
Необычный биофизический подход
«Несмотря на огромное количество важных генетических исследований, очень немногие лаборатории сосредоточились на характеристике того, как наш генетический материал организован в ядре и как эта организация влияет на функцию», — отмечает Гарини. — «Теперь у нас есть очень разумное объяснение, подкрепленное значительным количеством наблюдений, того, как сохраняется структура генома. Если бы этого стабилизирующего механизма не существовало, наши гены — "код программы", определяющей жизнь, — могли бы никогда не передаться следующему поколению».