Как копии ДНК остаются вместе во время репликации
Перед делением клетки её ДНК реплицируется, чтобы каждая дочерняя клетка унаследовала одинаковую генетическую информацию. Две копии, называемые «сестринскими хроматидами», удерживаются вместе кольцевым белковым комплексом когезином, пока они не будут растащены к противоположным полюсам клетки.
Учёные долго задавались вопросом, как репликационная машинерия ДНК проходит через генетические нити, встречая на своём пути когезин. Группы Джона Диффли и Франка Ульмана объединили усилия, чтобы ответить на этот вопрос в двух статьях, опубликованных в Cell и Molecular Cell.
Когезин пропускает реплисом через кольцо
Используя метод биологической реконституции, исследователи смешали в пробирке компоненты репликации ДНК. К растянутой молекуле ДНК, на которую был предварительно нагружен когезин, добавили ферменты реплисомы. Все компоненты были помечены флуоресцентными метками.
При наблюдении под микроскопом удалось увидеть, что реплисома способна проходить через кольцо когезина. Это указывает на то, что когезин — податливая структура.
Более того, чем больше компонентов реплисомы добавляли в смесь, тем эффективнее комплекс проходил через кольца когезина, несмотря на увеличение размера. Оказалось, что ключевую роль играют ферменты ДНК-полимеразы, создающие новую цепь ДНК. Без двух основных типов ДНК-полимераз прохождение реплисомы замедлялось или становилось невозможным.
Не единственный механизм
Эксперименты также показали, что аккуратное прохождение обеих копий ДНК через кольцо не всегда гарантировано. Часто когезин охватывал только одну копию ДНК после репликации, что указывало на возможный разрыв кольца при встрече с реплисомой.
Было обнаружено, что в таких случаях вмешивается структура «загрузчик когезина», которая втягивает вторую хроматиду в кольцо, чтобы присоединить её к первой. Иногда для соединения хроматид используется больше молекул когезина в двухэтапном процессе с привлечением дополнительных молекул, не присутствовавших до репликации.
«Репликация ДНК — один из важнейших биологических процессов, поэтому логично, что у природы есть не один способ удержать два продукта репликации вместе», — говорит Франк Ульман.
Новые вопросы
Полученные данные открывают двери для будущих исследований. Учёных интересует, как и почему ДНК-полимеразы, помимо своих основных функций, критически важны для прохождения реплисомы через кольцо. Также предстоит выяснить, воспроизводят ли результаты в пробирке то, что происходит в живом организме, и есть ли предпочтительный механизм удержания генетического материала в разных биологических контекстах.
«Без объединения нашего опыта в компонентах репликации ДНК и взаимодействии когезина с ДНК мы не смогли бы ответить на эти фундаментальные биологические вопросы», — отмечает Ульман.