Новый, динамичный взгляд на движения хроматина

В клетках белки плотно упаковывают длинную нить ДНК в комплексы, похожие на нить жемчуга, известные как хроматин. Учёные из EPFL впервые показали, как движется хроматин, отвечая на давние вопросы о том, как его структура помогает регулировать экспрессию генов. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Общая длина ДНК внутри клетки составляет от 2 до 3 метров. Чтобы поместиться в клетках, ДНК наматывается на небольшие белковые веретена, образуя цепочки молекул, называемые нуклеосомами. Затем нуклеосомы скручиваются, образуя переплетённые волокна. Этот комплекс называется хроматином, и он организует и уплотняет ДНК внутри ядра клетки, но также затрудняет доступ клеточных механизмов к ДНК.

Структурные исследования хроматина до сих пор давали лишь статичное представление о том, как организована ДНК в клетках. Но как механизм экспрессии генов может получить доступ к ДНК, погребённой в хроматине? Ответ требует более динамичного взгляда на генетический материал.

Лаборатории Беата Фирца в EPFL, в сотрудничестве с группой Клауса Зайделя из Университета Дюссельдорфа, удалось наблюдать реальные движения хроматина, используя уникальную комбинацию химии белков и ДНК вместе с двумя дополнительными подходами одно-молекулярной флуоресцентной спектроскопии. Работа впервые раскрывает внутреннюю структуру и движения хроматина, тем самым решая нерешённый вопрос в исследованиях хроматина.

Исследователи обнаружили, что нуклеосомы внутри хроматиновых волокон образуют короткие стопки, которые быстро распадаются и вновь формируются в течение миллисекунд. Эти короткие пакеты нуклеосом содержат четыре нуклеосомы и около 800 пар оснований ДНК, образуя таким образом основную единицу организации хроматина. Белок, ответственный за сайленсинг генов (гетерохроматиновый белок 1α), может блокировать взаимодействия нуклеосом и ещё больше уплотнять хроматин, тем самым предотвращая доступ механизма экспрессии генов к ДНК.

Вместе открытие таких быстрых динамических режимов внутри хроматиновых волокон даёт новое понимание того, как процессы, такие как доступ факторов транскрипции или механизмов для транскрипции, репликации или репарации ДНК, могут получить доступ к ДНК (или быть лишены его).