Второй слой информации в ДНК подтверждён

Теоретические физики из Лейдена доказали, что механика ДНК, помимо генетической информации, определяет, кто мы есть. Хельмут Шиссель и его группа смоделировали множество последовательностей ДНК и обнаружили корреляцию между механическими сигналами и способом упаковки ДНК. Результаты опубликованы в PLoS One.

Когда Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик определили структуру молекул ДНК в 1953 году, они показали, что информация в ДНК определяет, кто мы есть. Последовательность букв G, A, T и C в знаменитой двойной спирали определяет, какие белки производят наши клетки. Однако каждая клетка содержит одну и ту же последовательность, но разные органы ведут себя по-разному.

Механические сигналы

С середины 1980-х годов существовала гипотеза о втором слое информации поверх генетического кода, состоящем из механических свойств ДНК. Каждая клетка содержит два метра молекул ДНК, которые должны быть плотно упакованы. Способ укладки ДНК определяет, какие буквы считываются и, следовательно, какие белки производятся. Теория предполагает, что механические сигналы в структуре ДНК определяют предпочтительный способ её упаковки.

Моделирование

Впервые группа физика Хельмута Шисселя предоставила убедительные доказательства существования этого второго слоя информации. С помощью компьютерного кода они смоделировали упаковку цепей ДНК со случайно заданными механическими сигналами. Оказалось, что эти сигналы действительно определяют, как молекула ДНК сворачивается в так называемые нуклеосомы. Шиссель обнаружил корреляции между механикой и фактической структурой упаковки в геномах двух организмов — пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) и дрожжей Schizosaccharomyces pombe.

Это открытие показывает, что эволюционные изменения в ДНК — мутации — могут иметь два разных эффекта: может измениться последовательность букв, кодирующая конкретный белок, или может измениться механика структуры ДНК, что приведёт к другой упаковке, доступности ДНК и, следовательно, к другой частоте производства этого белка.