Учёные обнаружили, что ДНК упакована как йо-йо

Чтобы упаковать два метра ДНК в микроскопическую клетку, нить генетической информации должна быть чрезвычайно аккуратно намотана в хромосомы. Удивительно, но последовательность ДНК заставляет её скручиваться и раскручиваться подобно йо-йо, сообщили учёные в журнале Cell.

«Мы обнаружили эту интересную физику ДНК: её последовательность определяет гибкость и, следовательно, стабильность упаковки ДНК внутри клетки», — сказал профессор физики Таекджип Ха, член Института геномной биологии Карла Р. Вуза в Университете Иллинойса.

ДНК упакована в хромосомы, напоминающие браслеты из бусин. Нить ДНК намотана вокруг белковых «бусин» — гистонов — образуя нуклеосомы. Эти нуклеосомы сплетены вместе в нити, которые затем сложным образом упаковываются в хромосомы.

Ранее учёные знали, что ДНК может раскручиваться с нуклеосомы, но предполагали, что два её конца симметричны. Исследователи из Университета Иллинойса обнаружили, что ДНК на самом деле очень асимметрична, как нить, намотанная вокруг йо-йо. Потянув за один конец ДНК, вы просто затянете витки, а потянув за другой — заставите её раскрутиться, как йо-йо.

Физика этой упаковки в нуклеосоме определяется последовательностью ДНК. Это делает нить достаточно гибкой, чтобы удовлетворить двум противоречивым принципам: она должна быть достаточно стабильной, чтобы компактизировать ДНК, но и достаточно динамичной, чтобы нить можно было раскрутить и считать для производства белков.

Исследование Ха показало, что клеточной машинерии для производства белков легче считывать информацию с «слабого» конца нуклеосомы, который раскручивается легче. Учёные полагают, что генетические мутации, связанные с заболеваниями (например, раком), изменяют стабильность нуклеосомы.

«Это может иметь серьёзное влияние на то, как считывается информация и как производятся различные белки», — сказал Ха. — Например, белки, борющиеся с раком, или белки, вызывающие рак, могут производиться по-разному в зависимости от изменений гибкости и стабильности ДНК, вызванных мутациями».

Далее Ха планирует использовать секвенирование нового поколения, чтобы определить гибкость целого генома, и надеется создать первую полногеномную карту физических свойств. Он также хочет выяснить, могут ли мутации сделать ДНК более лёгкой или трудной для считывания.