От нитей к каплям — новые данные о контроле ДНК

Белок HP1α и подобные ему формируют плотно упакованные участки хроматина (гетерохроматин), которые делают гены внутри них неактивными. Это определяет разницу между типами клеток (например, нейроном и клеткой кожи) и часто между здоровой и раковой клеткой. Как именно HP1α изолирует эту ДНК, оставалось загадкой.

Новое исследование Калифорнийского университета в Сан-Франциско, опубликованное в журнале Nature 22 июня 2017 года, показало, что HP1α связывается с участками ДНК и стягивает их в капли, защищая генетический материал внутри от молекулярных машин, считывающих геном.

От «плохой новости» к открытию

Аспирант Адам Ларсон, пытаясь очистить HP1α, заметил, что жидкость в пробах мутнеет — обычно это признак бесполезного слипания белков. Однако он предположил, что это может быть функциональным процессом, аналогичным уплотнению ДНК в ядре.

Под микроскопом выяснилось, что это не беспорядочные сгустки, а облака нежных капель, плавающих в воде, похожих на смесь масла и уксуса. «Это демонстрирует силу любознательности в исследованиях», — сказала старший автор работы, профессор биохимии и биофизики Гита Нарликар.

Быстрое уплотнение ДНК

Команда создала мутантные версии белка, чтобы понять механизм образования капель. Оказалось, что при добавлении небольших фосфатных остатков в определённых местах молекула белка почти удваивается в длину, «раскрываясь». Это обнажает заряженные области белка, которые слипаются, превращая растворённые пары белков в длинные цепи, собирающиеся в капли.

Молекулы, считывающие ДНК, не проникают в эти капли HP1α, подобно тому как молекулы уксуса не смешиваются с маслом в заправке для салата.

Такое резкое изменение формы от небольшой модификации позволяет клетке жёстко регулировать, где и когда HP1α «выключает» гены. Процесс происходит быстро: в эксперименте с «занавесом» из молекул ДНК, вытянутых потоком жидкости, добавление HP1α привело к сжатию ДНК в крошечные капли против течения.

«Люди более ста лет наблюдали эти плотные области ДНК в ядре, — сказала аспирантка Маделин Кинен, проводившая эксперимент. — Теперь мы видим сам механизм».