Учёные раскрывают механику репликации ДНК

Новое исследование физиков Корнеллского университета объясняет, как двойная спираль ДНК успешно реплицируется, не запутываясь. Учёные подошли к проблеме с топологической точки зрения, изучив влияние формы спирали на процесс копирования ДНК.

Ключевое открытие: Исследователи, использовавшие в качестве модели эукариоты, обнаружили, что внутренние механические свойства хроматина (комплекса ДНК и белков) определяют, как его волокна будут переплетаться. Эта топология критически важна для успешного разделения вновь синтезированных молекул ДНК: если волокна скрутятся слишком сильно и слишком рано, хромосомы не смогут правильно разделиться во время клеточного деления.

Механизм репликации: Когда реплисома разделяет две цепи ДНК и движется вперёд, ДНК должна скручиваться вокруг своей оси. Это создаёт крутильное напряжение, которое приводит к появлению дополнительных витков.

• Вопрос: Куда уходит этот дополнительный виток?
• Ответ исследования: Скручивание одиночного волокна хроматина происходит гораздо легче, чем двойного. Следовательно, дополнительный виток предпочтительно уходит вперёд от реплисомы, минимизируя переплетение двух дочерних молекул ДНК. Если бы виток уходил назад, молекулы запутались бы, что привело бы к проблемам с сегрегацией хромосом, повреждению ДНК, гибели клетки или раку.

Роль хроматина и ферментов: Учёные также обнаружили, что фермент топоизомераза II, распутывающий ДНК, сильно предпочитает работать с одиночным волокном хроматина впереди реплисомы. Механика хроматина и активность топоизомезы, по-видимому, координируются синергетически, чтобы снизить переплетение дочерних цепей.

Методология: Для понимания механических свойств хроматина команда разработала новые методы работы, впервые создав субстрат из сплетённых волокон хроматина. Для этого использовался ранее разработанный группой инструмент — угловая оптическая ловушка.

Исследование, опубликованное 17 октября в журнале Cell под названием "Synergistic Coordination of Chromatin Torsional Mechanics and Topoisomerase Activity", показывает, как физические принципы управляют фундаментальными биологическими процессами.