Учёные раскрывают ключевые механизмы формирования структуры хромосом
Исследователи из Университета Райса продвинулись в понимании того, как структура хромосом меняется в течение жизненного цикла клетки. Их исследование о моторных процессах, активно влияющих на организацию хромосом, опубликовано в Proceedings of the National Academy of Science.
«Это исследование даёт более глубокое понимание того, как моторные процессы формируют структуру хромосом и влияют на клеточные функции», — заявил соавтор работы Питер Уолинс.
Исследование вводит две модели моторных цепей:
- Плавающие моторы (swimming motors), подобные РНК-полимеразам, помогают расширять и сжимать хроматиновое волокно при декодировании генов.
- Зацепляющие моторы (grappling motors) сближают удалённые сегменты хроматиновых волокон, создавая дальнодействующие корреляции, необходимые для предотвращения запутывания хромосом.
Моторные белки, потребляющие химическую энергию, играют ключевую роль в формировании архитектуры хромосом. Учёные исследовали, как эти белки влияют на идеальные полимерные цепи.
Результаты:
- Плавающие моторы могут приводить как к сжатию, так и к расширению в зависимости от прилагаемых сил.
- Зацепляющие моторы производят стабильные дальнодействующие эффекты, соответствующие паттернам, наблюдаемым в экспериментах Hi-C (которые выявляют взаимодействия хроматина в ядре клетки в интерфазе).
- Эти моторы довольно слабы и могут легко останавливаться при формировании петель, поэтому исследователи искали способ ускорить их работу.
Используя подход статистической механики, учёные создали самосогласованное описание, предсказывающее пространственное распределение вероятностей экструзии петель. Эта модель объяснила, как можно преодолеть реакцию моторов на силы, создаваемые случайным движением ДНК, чтобы они всё равно могли выполнить упаковку, необходимую для размещения длинной цепи хромосом в микроскопическом клеточном ядре.
Трёхмерная организация хромосом влияет на жизненно важные биологические процессы, такие как репликация ДНК и дифференцировка клеток в процессе эмбрионального развития.