Как длинные нити ДНК упаковываются в крошечные клетки?

Ученые стали на шаг ближе к пониманию того, как ДНК — молекула, несущая всю нашу генетическую информацию, — упаковывается в каждую клетку тела. То, как ДНК «упакована» в клетках, влияет на активность наших генов и риск заболеваний. Выяснение этого процесса поможет исследователям во всех областях здравоохранения — от рака и болезней сердца до мышечной дистрофии и остеоартрита.

ДНК — это длинная гибкая молекула, и в каждой клетке ее больше трех футов (около 90 см). Наша ДНК размещается в структурах, называемых хромосомами, которые конденсируют ДНК, чтобы она поместилась в тесном пространстве клетки.

Ученые из отдела биохимии и биофизики Медицинской и стоматологической школы Университета Рочестера совместно с коллегами из Франции и Японии описали первый этап упаковки ДНК в клетке. Они получили первое в истории детальное изображение самого базового строительного блока хромосом, известного как нуклеосома, и обнаружили, что белок H1 (линкерный гистон H1) помогает ДНК становиться более компактной и жесткой внутри нуклеосомы. В отличие от этого, при отсутствии H1 ДНК остается рыхлой и гибкой.

Плотная структура, которую создает H1, помогает защищать нашу ДНК от различных факторов, которые могут активировать или «включать» определенные гены. Без H1 ДНК становится более доступной для факторов, способных запускать болезнетворные гены.

Опубликованное в журнале Molecular Cell, это открытие будет полезно для исследований всех процессов, связанных с хромосомами, таких как экспрессия генов и репарация ДНК, что критически важно для понимания таких заболеваний, как рак, по словам Джеффри Дж. Хейса, доктора философии, старшего автора исследования и профессора Шохея Койде, заведующего отделом биохимии и биофизики.

Команды из Франции и Японии использовали специализированные микроскопы и рентгеновские лучи, чтобы получить снимки молекул ДНК, взаимодействующих с H1 и другими ключевыми белками. Из-за размера молекул ДНК и белков изображения, полученные этими методами, были размытыми и трудно анализируемыми.

Ведущий автор исследования Эмбер Каттер, аспирант лаборатории Хейса, собрала все компоненты — ДНК, H1 и другие белки — в крошечных пробирках и провела различные биохимические эксперименты. Ее тесты в сочетании с рентгеновскими изображениями подтвердили роль H1.

Каттер, которая входит в пятый год работы в лаборатории Хейса, признает, что наука сложна и что предстоит еще много исследований, прежде чем эта работа сможет повлиять на клиническое лечение. Однако важность понимания самых основных биологических процессов нельзя недооценивать: «Чтобы определить, что происходит, когда что-то идет не так при таких заболеваниях, как рак, нам нужно знать, что происходит, когда все идет правильно».