Как из ДНК получаются хромосомы

Исследователи из Токийского университета обнаружили долгое время упускавшийся из виду процесс, важный для преобразования длинной, похожей на нить молекулы ДНК в хромосому. Это открытие позволяет лучше понять механизм, с помощью которого клетки безопасно хранят генетический материал — ДНК.

Молекулы ДНК — это длинные, похожие на нити полимеры, хранящие генетическую информацию жизни, и в клетке они плотно упакованы в структуры, называемые хромосомами. Формирование хромосом в делящейся клетке необходимо для точной передачи информации, содержащейся в ДНК, дочерним клеткам. Известно, что комплекс конденсина играет важнейшую роль в сборке хромосом, но оставалось неизвестным, как именно конденсин участвует в укладке молекул ДНК.

Исследователи из Токийского университета, включая доцента Такаши Сутани, профессора Кацухико Сирахиге (Институт молекулярных и клеточных биологических наук) и аспиранта Тойонори Саката (Высшая школа сельскохозяйственных и биологических наук), выделили из клеток и проанализировали сегменты ДНК, с которыми связывается конденсин. Они выяснили, что конденсин ассоциирован с одноцепочечной ДНК (ssDNA), которая образуется при расплетании двойной спирали ДНК.

Измерив количество ssDNA с помощью ssDNA-связывающего белка, они обнаружили, что области ssDNA существуют в экспрессируемых генах и образуются в процессе экспрессии генов (или транскрипции). Количество ssDNA было дополнительно увеличено в клетках с дефицитом конденсина. Они также обнаружили, что дефекты сегрегации хромосом в мутантных клетках со сниженной функцией конденсина в значительной степени устранялись ингибированием транскрипции. Исходя из этого, они сделали вывод, что ssDNA образуется при расплетании двуцепочечной ДНК во время транскрипции, что ssDNA мешает сборке хромосом и что конденсин восстанавливает расплетённые сегменты ssDNA до двуцепочечной ДНК.

«Широко распространено мнение, что расплетённые сегменты ДНК спонтанно возвращаются к канонической двойной спирали, но это исследование показало, что восстановление двуцепочечной ДНК активно регулируется и важно для выживания клетки. Оно также впервые продемонстрировало, что наличие ssDNA препятствует организации хромосом, что даёт представление о механизме формирования хромосом», — говорит доцент Сутани.