Исследование: Прыгающие суперспирали ДНК

Если скрутить молекулу ДНК, в ней образуются «суперспирали», похожие на петли и перекручивания в проводах наушников. Исследователи из Делфтского технического университета (TU Delft, Нидерланды) обнаружили, что эти спирали могут с удивительной скоростью перемещаться вдоль молекулы ДНК. Этот новый механизм «прыжков», занимающий миллисекунды, может иметь важное биологическое значение, поскольку клетки используют спирали для сближения определённых участков ДНК. Результаты работы группы Сеса Деккера из Института нанонауки Кавли в Делфте будут опубликованы на этой неделе в журнале Science.

Суперспирализация

В клетке молекула ДНК не свободна — она плотно упакована в петли (суперспирали). Эти суперспирали жизненно важны для регуляции активности ДНК, например, для включения или выключения генов. Клетки используют их, в частности, для сближения участков ДНК.

Динамика

Статические изображения суперспиралей изучались и ранее, но их динамика до сих пор оставалась неизвестной. Аспирант Марийн ван Лоэнхаут разработал новую методику, позволившую впервые наблюдать, как спирали перемещаются вдоль молекулы ДНК. Исследование возглавлял профессор Сес Деккер.

Команда использовала магнитные пинцеты, чтобы растянуть небольшой участок молекулы ДНК, и смогла наблюдать движение спиралей с помощью флуоресцентной микроскопии в реальном времени на уровне отдельной молекулы.

Прыгающие спирали

Ван Лоэнхаут: «Мы обнаружили, что спирали могут медленно перемещаться вдоль ДНК за счёт диффузии. Но мы также увидели — и это было совершенно неожиданно — что они могут «прыгать» на относительно большие расстояния (микрометры). При таком движении петля исчезает в одном месте, одновременно появляясь в другом, гораздо дальше».

Профессор Сес Деккер: «Новый механизм «прыжков» может иметь важные последствия, поскольку он позволяет реорганизовать геном на большом расстоянии за считанные миллисекунды. Это удивительное наблюдение».

Реакция научного сообщества

Исследование будет опубликовано в Science на этой неделе. Сес Деккер: «Когда мы представляли эту работу на конференциях, например, в Стэнфордском университете, реакция была исключительно положительной. Это первое исследование динамики суперспирализации ДНК, и оно может иметь важное значение для изучения многих клеточных процессов, основанных на пространственной перестройке генома».

Доктор Уильям Гринлиф из Медицинской школы Стэнфордского университета: «Эта работа даёт уникальное представление о свойствах скрученной ДНК. В ней представлены захватывающие и потенциально фундаментальные открытия, касающиеся физической природы генетического материала».