Упаковка ДНК поддерживает деление клеток, выяснили учёные

ДНК в ядре клетки плотно упакована в комплекс с белками, называемый хроматином. ДНК обёрнута вокруг белков-гистонов, образуя нуклеосомы, которые организованы вдоль ДНК, как бусины на нити.

Считалось, что эта плотная структура является препятствием для репликации — процесса удвоения ДНК, требующего затрат энергии на её "распутывание".

Команда молекулярного биолога доктора Кристофа Ф. Курата из Биомедицинского центра LMU показала, что это не вся правда. В определённых местах генома — точках инициации репликации — характерная структура нуклеосом критически важна для самого запуска процесса. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Репликация начинается одновременно во многих стартовых точках вдоль хромосом. Клетки человека имеют около 30 000 таких ориджинов репликации, а изученные в качестве модели клетки пекарских дрожжей — около 400.

Ранее было обнаружено, что нуклеосомы в этих местах расположены упорядоченно и регулярно, в отличие от остального генома.

Исследование in vitro

Чтобы изучить, как возникает эта регулярность и как она влияет на репликацию, команда годами работала над выделением задействованных белков и ориджинов из дрожжевых клеток. Это позволило воссоздать функциональную систему репликации в пробирке.

"Такой биохимический подход к реконституции чрезвычайно трудоёмок, но и чрезвычайно ценен для понимания сложных процессов в деталях", — подчеркивает Курат.

С помощью этой системы учёные выяснили, какие факторы формируют регулярную хроматиновую структуру на ориджинах и насколько она важна для запуска репликационного аппарата.

"Мутантные клетки без этой структуры хроматина нежизнеспособны", — говорит ведущий автор исследования Эрика Часин.

Ключевую роль играет белковый комплекс ORC (Origin Recognition Complex). Ранее было известно, что он рекрутирует компоненты репликационной машины. К удивлению исследователей, выяснилась его вторая функция: в сотрудничестве с комплексами-ремоделерами хроматина ORC играет решающую роль в создании высокоупорядоченной структуры хроматина на ориджинах, соответствующим образом располагая нуклеосомы.

Значение исследования

"Наши результаты дают учёным лучшее понимание репликации", — говорит Курат.

Это один из фундаментальных процессов жизни. Кроме того, и репликация, и структура хроматина нарушаются, например, в раковых клетках.

"То, что нам удалось связать эти два аспекта, может помочь в разработке более эффективных лекарств в будущем. Многие противораковые препараты ингибируют репликацию ДНК, что связано с сильными побочными эффектами. Структура хроматина может стать новой "точкой приложения" в будущем".