Неожиданные союзники: упаковка ДНК помогает экспрессии генов
Исследователи из Корнелла обнаружили, что структуры упаковки ДНК — нуклеосомы, которые традиционно считались препятствием для экспрессии генов, на самом деле помогают снижать крутильное напряжение в цепях ДНК и облегчают считывание генетической информации.
«Если экспрессия генов протекает неправильно, это приведет ко всевозможным проблемам. Аномальный рост клеток, развитие рака и другие расстройства — все они взаимосвязаны», — говорит Мишель Ван, ведущий автор проекта.
Взаимодействие транскрипции и крутильного напряжения
Транскрипция — ключевой этап экспрессии генов — сложный процесс. По мере движения фермента РНК-полимеразы вдоль спирали ДНК для копирования кода возникает крутильное напряжение (суперспирализация), которое само становится препятствием.
Прогресс полимеразы также затрудняют нуклеосомы — основные упаковочные единицы ДНК, составляющие хроматин.
Инновационные инструменты и новые открытия
Лаборатория Ван разработала угловую оптическую ловушку и магнитные пинцеты, которые позволяют захватывать, растягивать и скручивать отдельную нить ДНК, измеряя крутящий момент на молекулярном уровне.
Эксперименты показали, что нуклеосомы, которые оборачивают ДНК в левостороннем направлении (как винтовая лестница), помогают снимать крутильное напряжение, возникающее при транскрипции, поскольку сама двойная спираль ДНК закручена вправо. Эти противоположные хиральности работают вместе.
Дополнительную помощь полимеразе оказывают топоизомеразы — они делают временные разрезы в ДНК, чтобы снять напряжение, и быстро зашивают разрывы.
Значение для исследований
«По мере движения полимеразы хроматин становится крутильным буфером. Он снимает это напряжение, позволяя транскрипции двигаться вперед», — объясняет Ван.
Это открытие показывает, как сложные биологические функции могут возникать из простых физических свойств биомолекул.
«Мы можем двигаться во многих направлениях: модификации и ремоделирование нуклеосом, которые могут изменить механические свойства хроматина, а затем и то, как полимераза проходит через нуклеосому», — говорит Ван.
Исследование опубликовано в журнале Science. Ведущий автор — постдокторант Цзинь Цянь, Ph.D.