В одну сторону легче: как раскручивается ДНК
Международная группа исследователей, объединив компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты, пролила свет на один из ключевых механизмов жизни клетки.
Двойная спираль ДНК подвергается действию специальных белков — хеликаз, задача которых — разделить две цепи, чтобы информация, содержащаяся в геноме, стала доступной для различных видов деятельности, необходимых для жизни клетки. Исследователи показали, что хеликазы выполняют свою задачу легче и, следовательно, быстрее, работая на одной из двух цепей по сравнению с другой.
Причина кроется в последовательности оснований участка ДНК. Когда на цепи, противоположной той, по которой движется хеликаза, находятся «объемные» основания — аденин (A) и гуанин (G), — они «упираются» в хеликазу и замедляют процесс. Если же там находятся «маленькие» основания — цитозин (C) и тимин (T), — процесс раскручивания идет быстрее.
Это может означать, что у генома есть еще один, не учитывавшийся ранее способ регулировать поток информации: генетическая информация, связанная с направлением, в котором хеликаза движется медленнее, будет считываться реже, что может иметь последствия для экспрессии генов.
Сначала теория, потом эксперимент
Гипотеза о том, что двойную спираль легче раскручивать в одном направлении, была выдвинута на основе компьютерного моделирования. Затем она была подтверждена в реальных лабораторных экспериментах с использованием флуоресцентных меток.
Ученые наблюдали, что в эксперименте двойная спираль обрабатывается легче в одном направлении, чем в другом. Скорость этого процесса зависит от состава оснований на противоположной цепи: много объемных оснований (G, A) — задача сложнее и скорость ниже, и наоборот.
Значение открытия
- Методологическое: Работа демонстрирует мощный подход, сочетающий компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты.
- Биологическое: Открыт потенциально новый механизм регуляции активности ДНК, связанный с предпочтительным направлением раскручивания двойной спирали в зависимости от легкости этого процесса.
- Эволюционное (спекулятивное): Ученые отмечают разницу между ДНК и РНК. Для ДНК существуют хеликазы, работающие в обоих направлениях. Для РНК природные хеликазы в основном следуют по «дороге с односторонним движением». Выдвинута гипотеза, что геометрическая асимметрия двойной спирали РНК (отличная от ДНК) в ходе эволюции и определила такое одностороннее направление РНК-хеликаз. Возможно, эволюция отобрала те хеликазы, которые обрабатывают РНК в том направлении, в котором это делать легче.