Новый метод визуализации показал неожиданную организацию ДНК в ядре клетки

Два новых исследования — экспериментальное и теоретическое — проведенные в Институте Вейцмана, заставляют пересмотреть классическое представление об организации ДНК в ядре клетки как о длинных нитях, свободно плавающих в жидкости («чаша с лапшой»). Прояснение этого вопроса важно, поскольку пространственное расположение ДНК влияет на экспрессию генов.

Исследование началось с изучения влияния механических сил на ядра мышечных клеток. Чтобы наблюдать за ядрами в работающей живой мышце, была разработана установка для личинок плодовой мушки, позволяющая им сокращать мышцы под флуоресцентным микроскопом.

К удивлению ученых, хроматин (комплекс ДНК и белков) был организован не по всему объему ядра, а в виде относительно тонкого слоя, прикрепленного к его внутренней стенке. Произошло фазовое разделение: хроматин отделился от основной жидкости в ядре и занял позицию на периферии, в то время как большая часть жидкой среды осталась в центре.

Теоретическая модель, учитывающая физические факторы (силы притяжения между хроматином, жидкостью и ядерной мембраной), предсказала именно такое разделение фаз и расположение хроматина вдоль мембраны в зависимости от степени гидратации ядра.

Ученые объяснили, почему в предыдущих работах хроматин казался заполняющим ядро: при помещении клеток на предметное стекло их объем и форма изменяются, что может нарушить силы, управляющие расположением хроматина.

Проверка на живых человеческих лейкоцитах показала аналогичную организацию хроматина у внутренней стенки ядра. Это указывает на универсальность явления, вероятно, сохранившегося в ходе эволюции.

Исследование открывает новые пути для изучения:

• Различий в организации ДНК при здоровье и болезни (например, как новый параметр для диагностики рака).
• Влияния механических сил на дифференцировку клеток в эмбриональном развитии.
• Механизма влияния жесткости подложки на экспрессию генов (через воздействие на ядерную мембрану и организацию ДНК). Это понимание может помочь контролировать экспрессию генов в клетках для тканевой инженерии.

Исследования опубликованы в Science Advances и eLife.