Активная транскрипция ограничивает подвижность ДНК в ядре

Японские исследователи обнаружили, что ДНК внутри человеческих клеток движется меньше, когда её гены активны. Исследование, которое будет опубликовано 1 марта в Journal of Cell Biology, предполагает, что РНК-полимераза II (RNAPII) — ключевой фермент, необходимый для производства матричных РНК из активных генов — ограничивает движение ДНК, организуя её в сеть взаимосвязанных доменов.

Чтобы поместиться в ядре клетки, ДНК организована в хроматин, где нити ДНК обёрнуты вокруг групп гистоновых белков, образуя нуклеосомы. Когда ген активируется, его хроматин раскрывается и, как считается, становится более подвижным и динамичным, чтобы RNAPII могла транскрибировать ген в матричные РНК.

Кадзухиро Маэсима и его коллеги из Национального института генетики в Мисиме (Япония) были удивлены, обнаружив, что хроматин в человеческих клетках становится более подвижным, когда RNAPII и транскрипция генов ингибированы.

Группа использовала технику микроскопии высокого разрешения, позволившую отслеживать движение отдельных нуклеосом внутри живых клеток. Когда исследователи удаляли RNAPII из клеток или добавляли препараты, ингибирующие фермент, нуклеосомы в геноме явно становились более динамичными. Это говорит о том, что RNAPII обычно ограничивает глобальные движения хроматина.

Активность RNAPII и транскрипции естественным образом снижается, когда клетки входят в состояние покоя (квайесценции) или когда их ДНК повреждена ультрафиолетовым светом. Соответственно, Маэсима и коллеги увидели, что хроматин был более динамичным в покоящихся или облучённых УФ-клетках. Исследователи предполагают, что эти усиленные движения могут помогать хроматину рекрутировать факторы, необходимые для репарации ДНК или перезапуска транскрипции при реактивации покоящихся клеток.

Но как транскрипция влияет на глобальную подвижность хроматина, если в любой момент RNAPII транскрибирует лишь небольшую часть генома? Основываясь на компьютерном моделировании, Маэсима и коллеги предполагают, что кластеры RNAPII и связанных с ней факторов могут связывать и соединять удалённые области хроматина, объединяя их в организованную сеть. Эти связи теряются при инактивации RNAPII, что разрушает сеть и позволяет хроматину стать более подвижным.

«Наши результаты визуализации и компьютерного моделирования предполагают, что хроматин глобально стабилизируется за счёт слабых связей через транскрипционно активную RNAPII», — говорит Маэсима. «Наша модель совместима с классической идеей стабильных «фабрик транскрипции», содержащих RNAPII, а также с недавними сообщениями о том, что RNAPII и другие факторы подвергаются процессу фазового разделения с образованием динамичных кластеров внутри ядра».