Происхождение сворачивания ДНК: ключ найден в археях

Клетки пальм, людей и некоторых одноклеточных микроорганизмов изгибают ДНК одинаковым способом. Изучая 3D-структуру белков, связанных с ДНК, у микробов из домена Археи, исследователи из Университета Колорадо в Боулдере и Медицинского института Говарда Хьюза обнаружили удивительное сходство с упаковкой ДНК у более сложных организмов.

"Если посмотреть в деталях, это идентично. Это просто потрясает", — заявила Каролин Люгер, профессор химии и биохимии.

Эволюционные истоки упаковки генома

Архейное сворачивание ДНК, описанное в журнале Science, указывает на эволюционное происхождение упаковки генома — процесса изгибания ДНК, который невероятно консервативен у всех эукариот (организмов с оформленным ядром).

Археи, наряду с Эукариотами и Бактериями, представляют один из трёх доменов жизни. Считается, что именно археи включают ближайших живых родственников древнего предка, который впервые "изобрёл" сворачивание ДНК.

От "бусин на нитке" к суперспирали

У всех эукариот ДНК наматывается на "хоккейную шайбу" из восьми гистоновых белков, образуя нуклеосому. Нуклеосомы, как бусины, нанизаны на нить ДНК.

Ранее у архей были обнаружены гистоновые белки, но их функция была неясна. Используя метод рентгеновской кристаллографии для изучения кристаллов комплекса гистон-ДНК у термофильной археи Methanothermus fervidus, учёные выяснили механизм.

Ключевые открытия:

• Несмотря на использование всего одного типа гистона (а не четырёх, как у эукариот), археи изгибают ДНК очень похожим образом.
• Однако вместо отдельных "бусин" архейная ДНК формирует длинную суперспираль — непрерывную крупную кривую из уже скрученных нитей ДНК.
• Когда мутации нарушали формирование этой суперспирали, клетки архей хуже росли в стрессовых условиях и неправильно использовали часть своих генов.

Выводы и будущие вопросы

Результаты свидетельствуют, что архейное сворачивание ДНК является ранним прототипом эукариотической нуклеосомы. "Я не думаю, что есть какие-либо сомнения в том, что это предковая форма", — сказал соавтор Джон Рив.

Остаётся главный вопрос: как произошёл переход от простой архейной суперспирали к сложной эукариотической нуклеосоме, способной упаковать огромное количество ДНК и регулировать активность генов? Поиск "недостающего звена" между этими структурами продолжается.