Как DDM1 контролирует «прыгающие гены»: открыт молекулярный механизм

Совместное исследование учёных из Токийского университета под руководством Акихисы Осакабэ и Ёсимасы Такидзавы раскрыло молекулярный механизм, с помощью которого белок DDM1 (Decreased in DNA Methylation 1) у резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana) предотвращает транскрипцию «прыгающих генов» (транспозонов).

DDM1 делает транспозоны более доступными для нанесения подавляющих транскрипцию химических меток. Поскольку вариант этого белка существует и у человека (HELLS), открытие проливает свет на генетические заболевания, вызванные мутациями таких «прыгающих генов». Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

В клетке ДНК упакована в нуклеосомы — комплексы, где участок ДНК обёрнут вокруг белкового каркаса из гистонов. Транспозоны, способные «перепрыгивать» в геноме, скрыты внутри нуклеосом, что затрудняет нанесение на них химических меток, подавляющих их активность. Белок DDM1 известен своей ролью в поддержании таких подавляющих меток, но до сих пор было неясно, как он получает доступ к упакованным транспозонам.

Используя крио-электронную микроскопию (метод визуализации с почти атомарным разрешением), исследователи смогли детально изучить структуру комплекса белка DDM1 с ДНК в нуклеосоме.

Высокодетальные изображения показали точные позиции связывания DDM1 с ДНК в нуклеосоме. В результате специфический сайт связывания, который в норме «закрывает» нуклеосому, становился более «гибким» и открывался. Это позволяет нанести подавляющие химические метки и предотвратить транскрипцию транспозонов.

«Прыгающие гены увлекательны, — говорит первый автор статьи Акихиса Осакабэ, — потому что они могут вызывать значительные изменения в геноме, как хорошие, так и плохие. Изучение того, как такие белки, как DDM1, управляют этими генами, помогает нам понять фундаментальные механизмы жизни».

Практическое значение открытия:

• Человеческий аналог DDM1 — белок HELLS работает схожим образом.
• В долгосрочной перспективе это открытие может привести к новым методам лечения генетических заболеваний у людей, вызванных сходными генами.
• Новые знания также углубляют понимание того, как растения и другие организмы контролируют свою ДНК, что может улучшить селекцию сельскохозяйственных культур или развитие биотехнологий.