Исследование раскрывает новый механизм сворачивания ДНК
В исследовании, опубликованном в Nature учёными из Каролинского института и Института биофизики Макса Планка, описан ранее неизвестный механизм сворачивания ДНК. Результаты дают новое понимание хромосомных процессов, критически важных как для нормального развития, так и для предотвращения болезней.
ДНК в наших клетках организована в хромосомы — высокодинамичные структуры, которые изменяются при транскрипции генов, репарации повреждений ДНК или компактизации перед делением клетки. На эти процессы влияют SMC-белковые комплексы (SMC, Structural Maintenance of Chromosomes), которые, опосредуя хромосомные взаимодействия, обеспечивают правильную пространственную организацию генома.
У человека и других эукариот (организмов с клеточным ядром) существует три таких комплекса. Учёные уже раскрыли механизм работы двух из них. В данной работе исследовали третий — комплекс Smc5/6, функция которого оставалась в основном неизвестной.
«Эти результаты показывают комплекс Smc5/6 как новый регулятор сворачивания ДНК, что может рассказать больше о том, как организованы хромосомы», — говорит Камилла Бьёркегрен, профессор кафедры клеточной и молекулярной биологии Каролинского института, руководившая исследованием вместе с Юджином Кимом из Института биофизики Макса Планка.
«Открытие также имеет медицинское значение, поскольку сворачивание ДНК важно для нормальной функции хромосом и для предотвращения хромосомных изменений, которые могут привести к болезни».
Исследователи очистили комплекс Smc5/6 из дрожжей и с помощью микроскопии высокого разрешения одиночных молекул изучили, как он связывается и влияет на отдельные молекулы ДНК. Принципы хромосомной организации считаются в целом идентичными у дрожжей и человека, поскольку оба являются эукариотами. Для экспериментов комплекс и ДНК были помечены флуоресцентными молекулами разного цвета, чтобы их можно было отслеживать под микроскопом.
Результаты показывают, что комплекс Smc5/6 работает путём экструзии (выдавливания) всё более крупной петли ДНК — свойство, которое он разделяет с другими известными эукариотическими SMC-комплексами.
Учёные также изучили регуляцию процесса и обнаружили, в частности, что для формирования петли необходимы два комплекса Smc5/6, в то время как одиночные комплексы лишь перемещаются вдоль молекулы ДНК.
Предыдущие исследования указывают, что Smc5/6 подавляет определённые вирусы, а также предполагают, что он защищает от некоторых типов рака и важен для нормального развития плода. Следующим шагом исследователей будет изучение того, как эти свойства связаны с новооткрытым механизмом.
«Нам нужно выяснить, как способность комплекса Smc5/6 создавать петли ДНК влияет на его функцию в клетках. Это может углубить наше понимание того, как Smc5/6 может работать как блокатор вирусов, защищать от рака и способствовать развитию плода», — говорит профессор Бьёркегрен.