Молекулярные машины, формирующие хромосомы, не только создают петли, но и закручивают ДНК

Ученые из Кавли-института Делфтского технического университета и IMP Vienna Biocenter обнаружили новое свойство молекулярных моторов, формирующих наши хромосомы. Шесть лет назад они выяснили, что эти белки-моторы SMC создают длинные петли в нашей ДНК. Теперь же они обнаружили, что эти моторы также вносят значительное закручивание в формируемые петли.

Эти результаты помогают лучше понять структуру и функцию хромосом. Они также дают представление о том, как нарушение закрученной петлевой упаковки ДНК может влиять на здоровье — например, при нарушениях развития, таких как "кохезинопатии". Ученые опубликовали свои выводы в Science Advances.

Маленькие петли ДНК регулируют функции хромосом

Клеткам необходимо регулировать структуру хромосом для обеспечения их функций. Ключевую роль в этих процессах играют специализированные белковые машины — SMC-комплексы (структурное поддержание хромосом). Несколько лет назад ученые обнаружили, что эти белки SMC являются молекулярными моторами, создающими длинные петли в ДНК, и что эти петли — ключевые регуляторы функции хромосом.

Постдоки Ричард Яниссен и Роман Бат из лаборатории Сиза Деккера в TU Delft разработали новый способ использования "магнитного пинцета", позволивший наблюдать за тем, как отдельные белки SMC делают шаги по образованию петель в ДНК. Важно, что они также смогли определить, изменяет ли белок SMC закрученность ДНК.

Команда обнаружила, что человеческий SMC-белок кохезин не только втягивает ДНК в петлю, но и закручивает ДНК левосторонним способом на 0.6 оборота на каждом шаге создания петли.

Взгляд на эволюцию белков SMC

Команда также выяснила, что это закручивающее действие не уникально для человека. Аналогичные белки SMC в дрожжах ведут себя так же. Примечательно, что все различные типы белков SMC человека и дрожжей добавляют одинаковое количество закручивания — они поворачивают ДНК на 0.6 оборота на каждом шаге экструзии петли. Это показывает, что механизмы экструзии и закручивания ДНК оставались неизменными в течение очень долгого времени в ходе эволюции.

Эти новые данные дадут важные подсказки для понимания молекулярного механизма этого нового типа мотора. Кроме того, они ясно показывают, что образование петель ДНК также влияет на состояние суперспирализации хромосом, что напрямую затрагивает такие процессы, как экспрессия генов.

Наконец, эти белки SMC связаны с различными заболеваниями, такими как синдром Корнелии де Ланге, и лучшее понимание этих процессов жизненно важно для поиска молекулярных причин этих серьезных заболеваний.