Секрет упаковки ДНК в миллион раз меньше исходного размера
Наши длинные и свободные молекулы ДНК упаковываются в стержневидные хромосомы, которые в миллион раз меньше, когда клетка делится. Конденсация хромосом необходима для точной передачи генетической информации без повреждений или потерь.
Исследовательская группа под руководством профессора Чангён Сона и доктора Дэхо Сун, профессора Джэ-Хён Чона и кандидата наук Чан Им из POSTECH, а также профессора До Юн Но (GIST) использовала рентгеновское излучение синхротрона третьего поколения для анализа человеческих хромосом в их конденсированном состоянии. Результаты, полученные с нанометровым разрешением, опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Механизм упаковки, который сжимает хромосомы в миллион раз без запутывания, и 3D-структура, обеспечивающая это, оставались загадкой более полувека. Ранее было трудно наблюдать хромосомы в их естественном состоянии, и учёные могли изучать только некоторые их компоненты или делать выводы о конденсированном состоянии, глядя на раскрученное.
В этом исследовании 3D-структура хромосом была верифицирована с помощью когерентных рентгеновских лучей синхротрона 3rd поколения после быстрой заморозки гидратированных хромосом и поддержания их в криогенном состоянии. Это работа, раскрывающая структуру хромосом в нативном состоянии, в отличие от традиционных методов с тонким срезом или окрашиванием.
Исследование подтвердило, что хромосомы формируют фрактальную структуру, а не иерархическую, как предполагалось ранее. Также была представлена физическая модель, показывающая процесс упаковки хромосом.
«Используя когерентные рентгеновские лучи синхротрона, мы определили 3D-структуру хромосом с помощью высокодетальных изображений нанометрового масштаба, — пояснил профессор Чангён Сон. — Разработанная методика не только даёт ключ к пониманию генетики — сущности всего живого, — но и к раскрытию 3D-структур других материалов, например, вирусов, чья детальная структура имеет огромное значение».