Раскрытие упаковки ДНК: как гистоны и ДНК взаимодействуют
ДНК в клетках находится в плотно упакованном состоянии. Ключевую роль в этом процессе играют гистоны — белки, вокруг которых может оборачиваться часть молекулы ДНК. Механизмы этого обратимого процесса были мало изучены. Ричард Вонг и его коллеги из Университета Канадзавы (NanoLSI WPI) применили высокоскоростную атомно-силовую микроскопию (HS-AFM), чтобы получить новые данные о пространственно-временной динамике взаимодействий ДНК с гистонами.
Исследователи изучили взаимодействие ДНК с гистоном H2A (одним из пяти основных). Сначала они подтвердили, что метод HS-AFM не вызывает конформационных изменений или повреждений самой молекулы H2A.
Для наблюдения в реальном времени использовали образцы ДНК разной длины и формы:
- плазмидная (длинная кольцевая)
- длинная линейная
- короткая линейная (обладала наибольшей подвижностью)
Важным оказался выбор субстрата для визуализации: определенный тип липидного слоя не сильно поглощал нити ДНК.
Наиболее значимые результаты получены при наблюдении за взаимодействием H2A с короткой линейной ДНК, которую прозвали «гусеничной»:
Касание
Скольжение
Зажатие
Обёртывание
Связанные движения действительно напоминали движения гусеницы.
Также учёные исследовали влияние ионной силы на сродство ДНК и гистона, меняя концентрацию соли в жидкости с агрегатом. При повышении солёности агрегат растворялся, а при разбавлении (снижении концентрации соли) — вновь образовывался. Это показывает, что изменение ионной силы среды позволяет имитировать изменения силы взаимодействий ДНК-гистон, как в живых организмах.
Эта работа — первое наблюдение взаимодействий ДНК с гистонами в реальном времени. Она убедительно демонстрирует применимость HS-AFM для изучения подобных биологических процессов, в том числе в контексте заболеваний. По словам исследователей, их работа «демонстрирует... потенциал для изучения агрегации белков и образования агрегатов белок-нуклеиновая кислота при различных заболеваниях человека».
Ключевую роль в исследовании сыграл аспирант Горо Нисидэ, который проводил эксперименты, участвовал в разработке исследования и написании статьи под руководством профессора Вонга и доктора Лима. Он также участвует в программе университета WISE для нано-прецизионной медицины, науки и технологий, направленной на инновации в профилактике, диагностике и лечении болезней на основе понимания наноразмерных процессов.