Поиск белков, которые распаковывают ДНК

Новый метод позволяет исследователям систематически идентифицировать специализированные белки, которые распаковывают ДНК внутри ядра клетки, делая обычно плотную ДНК более доступной для экспрессии генов и других функций. Метод, разработанный командой исследователей из Университета Пенсильвании, и общие характеристики этих белков описаны в статье, опубликованной онлайн 12 июля в журнале Molecular Cell.

Геном очень компактен, что создает проблему доступности. Различные белки должны получать доступ к ДНК, чтобы копировать её информацию в РНК, но ДНК плотно обернута вокруг белков-гистонов, которые упакованы в бусоподобные структуры — нуклеосомы. Эти плотно упакованные нуклеосомы мешают связыванию других белков.

Для решения этой проблемы клетки используют "факторы, вытесняющие нуклеосомы" (nucleosome-displacing factors), чтобы проникнуть в конденсированную ДНК и открыть её. До этого исследования не было общего метода для скрининга этих факторов.

Факторы, вытесняющие нуклеосомы, — это особый класс транскрипционных факторов, которые связываются с короткими специфическими последовательностями ДНК (сайтами связывания). В клетках животных они также известны как факторы-первопроходцы (pioneer factors). Исследователи разработали быстрый и недорогой "высокопроизводительный" метод для скрининга и категоризации большого количества транскрипционных факторов на основе их способности вытеснять нуклеосомы. Метод искусственно включает сайты связывания транскрипционных факторов в нуклеосомы и определяет, какие факторы способны уменьшить присутствие нуклеосом.

Исследователи идентифицировали как новые, так и ранее известные факторы, вытесняющие нуклеосомы. Эти факторы, особенно те, которые сильно истощают нуклеосомы, как правило, высоко представлены в ядре и очень прочно связываются с ДНК.

Ученые предполагают, что некоторые из этих факторов могут физически конкурировать с нуклеосомами за участки связывания на ДНК. Они могут использовать процесс репликации ДНК, когда нуклеосома временно разрушается и освобождает участок ДНК. Из-за высокой концентрации этих сильных факторов в клетке они немедленно занимают сайт связывания на ДНК и отказываются диссоциировать, что мешает сборке нуклеосомы на этом месте.

Также были идентифицированы транскрипционные факторы, способные вытеснять нуклеосомы без использования процесса репликации ДНК.

Хотя о некоторых из этих факторов известно десятилетиями, молекулярные детали их работы остаются неясными. В будущем исследователи планируют изучить, например, какие конкретные части этих белков важны для вытеснения нуклеосом.

Помимо идентификации набора новых факторов, это исследование представляет собой доказательство концепции метода скрининга на относительно простой системе — дрожжах. Ученые планируют расширить применение метода на более сложные системы, такие как млекопитающие, а также на разные типы клеток и стадии развития.

Факторы-первопроходцы связаны с дифференцировкой клеток в различные специализированные типы. Если удастся определить ключевые факторы, участвующие в переходах между типами клеток, в перспективе можно будет разработать комбинацию транскрипционных факторов для искусственного направления судьбы клетки.