Учёные раскрывают секреты взаимодействия ДНК

Согласно преобладающей гипотезе, функции ДНК, такие как её организация, в значительной степени зависят от взаимодействия с белковыми молекулами. Однако новое исследование, проведённое при участии UNIST, показывает, что молекулы ДНК могут напрямую взаимодействовать друг с другом, и это взаимодействие зависит от последовательности ДНК и эпигенетических факторов.

Международная команда учёных из Университета Иллинойса, Университета Джонса Хопкинса и UNIST опубликовала свою работу в журнале Nature Communications 22 марта 2016 года.

В исследовании представлены прямые доказательства последовательности-зависимых сил притяжения между двуцепочечными молекулами ДНК, которые не связаны с обменом цепями и не опосредованы ДНК-связывающими белками.

Ведущий автор работы профессор Хаджин Ким объясняет: «Молекулы ДНК обычно отталкиваются друг от друга в воде, но в присутствии особых типов катионов они могут притягиваться, подобно тому, как ядра атомов притягиваются, деля электроны. Наше исследование показывает, что эта сила притяжения сильно зависит от последовательности нуклеиновых кислот, а также от эпигенетических модификаций».

Учёные использовали атомистическое моделирование для измерения сил между двумя двойными спиралями ДНК и предположили, что распределение метильных групп на ДНК является ключом к регуляции этого последовательностно-зависимого притяжения. Затем они экспериментально подтвердили модель, наблюдая за одиночными парами ДНК в наноразмерных пузырьках.

Дальнейшее моделирование позволило выдвинуть гипотезу, что такие прямые взаимодействия ДНК-ДНК могут играть центральную роль в организации хромосом в клетке, определяя, какие участки развёрнуты, а какие компактно свёрнуты. Это, в свою очередь, может определять функции различных типов клеток или регулировать клеточный цикл.

Профессор Ким отмечает, что их работа требует междисциплинарных усилий физиков, биологов, химиков и инженеров. В долгосрочной перспективе исследования его лаборатории, основанные на принципах физики и механизмах биологии, направлены на поиск способов профилактики хронических заболеваний и болезней, связанных со старением.