Роль петель, флагов CTCF и натяжения ДНК в пространственной организации хромосом

Два белковых комплекса — когезин и конденсин — играют ключевую роль в пространственной организации хромосом в ядрах клеток, а натяжение ДНК оказывает неожиданное влияние на этот процесс.

Это открытие опубликовано 19 апреля в журнале Nature группой учёных под руководством наноучёного Сиза Деккера и его аспиранта Романа Барта из Института нанонауки Кавли в TU Delft, совместно с австрийскими коллегами.

Когезин формирует петли ДНК

Известно, что длинные нити ДНК в ядре организованы в петли, важные для регуляции генетической информации. В 2018 году группа Деккера впервые визуализировала, как SMC-белковые комплексы (когезин и конденсин) экструдируют (вытягивают) петли в ДНК.

Флаги CTCF имеют направленность и определяют границы петли

Белок CTCF, связывающийся с ДНК, играет ключевую роль в позиционировании петель. Деккер поясняет: «Если представить ДНК как верёвку, на которую в двух точках прикреплены флажки CTCF, то когезин формирует петлю от одного флажка к другому, но только если CTCF ориентирован правильно. Лишь одна сторона белка CTCF способна взаимодействовать с когезином. Однако это происходит не всегда».

Как отмечает аспирант Роман Барт, сотрудничество CTCF и когезина для установления границ петель стало базовым знанием в области, но детали этого процесса до сих пор не были видны. «Мы смогли визуализировать суть этого взаимодействия».

Неожиданная роль натяжения ДНК

Коллеги из группы Яна-Михаэля Петерса в Институте молекулярной патологии в Вене предоставили очищенные белки. Исследователи закрепили концы молекулы ДНК на поверхности и пометили ДНК и белки флуоресцентным красителем. Результаты оказались неожиданными.

«Роман обнаружил, что результат зависит от того, была ли нить ДНК свободной или под натяжением. Без натяжения когезин часто игнорировал флажок CTCF, даже если он был правильно ориентирован. Но когда ДНК была под большим натяжением, CTCF действовал как идеальный барьер», — говорит Деккер.

Таким образом, под влиянием натяжения ДНК CTCF действует как «умный светофор», решая, пропускать когезин или нет, в зависимости от локальных условий.

При столкновении с белком CTCF когезин может остановиться, продолжить движение, развернуться или полностью диссоциировать. Как и почему это происходит — следующие вопросы, на которые планируют ответить Деккер и его команда.