Как белок конденсин организует ДНК в петли перед делением клетки

Исследователи из Кавли-института Делфтского университета и EMBL в Гейдельберге впервые напрямую засняли, как белковый комплекс конденсин формирует петли в ДНК, что позволяет клетке компактно упаковать свой геном перед делением. Открытие, опубликованное в Science, разрешает многолетние споры в биологии.

Разрешение векового спора

Перед делением двухметровая нить ДНК в клетке напоминает беспорядочный клубок спагетти. Чтобы равномерно распределить генетический материал между дочерними клетками, ДНК необходимо организовать в четкие хромосомы. Хотя ключевую роль конденсина было ясно давно, механизм его работы оставался загадкой. Существовали две основные гипотезы:

1. Конденсин действует как крюк, связывающий удаленные участки ДНК.
2. Конденсин работает как кольцевой комплекс, втягивая ДНку и формируя петлю (экструзия петли).

Прямое наблюдение за процессом

Ученые разработали метод визуализации, позволивший в реальном времени увидеть работу единичного комплекса конденсина:

• Концы молекулы ДНК зафиксировали на поверхности и пометили флуоресцентными красителями.
• С помощью потока жидкости ДНК ориентировали в U-образную форму в фокальной плоскости микроскопа.
• Исследователи наблюдали, как единичный комплекс конденсина связывается с ДНК и начинает экструдировать петлю.

«Мы просто доказали это, засняв процесс», — говорит постдок Махипал Ганджи.

Количественные характеристики процесса

Новый метод позволил измерить ключевые параметры:

• Скорость экструзии оказалась чрезвычайно высокой — до 1500 пар оснований ДНК в секунду.
• Процесс потребляет небольшое количество клеточного «топлива» АТФ, что указывает на втягивание ДНК крупными шагами, а не основание за основанием.
• Процесс замедляется при механическом натяжении ДНК.
• Экструзия петли асимметрична: конденсин заякоривается на ДНК и втягивает её только с одной стороны.

Значение для медицины

Это открытие важно не только для фундаментальной науки. Белки семейства SMC, к которому принадлежит конденсин, связаны с:

• Наследственными заболеваниями, например, синдромом Корнелии де Ланге.
• Процессом организации хромосом; ошибки в нём могут приводить к развитию рака.

Понимание молекулярных механизмов организации ДНК жизненно важно для поиска причин серьёзных заболеваний.