ДНК взаимодействует напрямую в зависимости от последовательности
Новое исследование показывает, что молекулы ДНК могут напрямую взаимодействовать друг с другом, и это взаимодействие зависит от последовательности ДНК и эпигенетических факторов. Это может влиять на организацию ДНК в клетке и регуляцию генов в разных типах клеток.
Исследование под руководством Алексея Аксиментьева, профессора физики Иллинойсского университета, и Тэкджипа Ха, профессора биофизики Университета Джонса Хопкинса, опубликовано в журнале Nature Communications.
Ключевые выводы:
- Последовательность имеет значение: Молекулы ДНК, богатые аденином (A) и тимином (T), сильнее притягиваются друг к другу в клеточной среде, несмотря на общее отталкивание в воде.
- Роль метильных групп: «Шишки» метильных групп на спирали ДНК являются ключевым регулятором этого притяжения. Метилирование (добавление метильных групп) усиливает взаимодействие.
- Механизм: Притяжение опосредовано противоионами в растворе, которые, как «посредники», связывают молекулы ДНК. Чем больше противоионов между молекулами (например, из-за наличия метильных групп), тем сильнее притяжение.
Методы исследования:
- Моделирование: С помощью суперкомпьютера Blue Waters были проведены детальные атомарные симуляции взаимодействия двух молекул ДНК в заряженном растворе, аналогичном клеточному.
- Эксперимент: Используя методы визуализации одиночных молекул, исследователи изолировали две молекулы ДНК и наблюдали за их взаимодействием. Экспериментальные данные точно совпали с результатами моделирования.
Значение:
Наблюдаемое прямое взаимодействие ДНК-ДНК может играть роль в крупномасштабной организации хромосом, определяя, какие участки развернуты, а какие компактно свернуты. Это, в свою очередь, влияет на доступность ДНК для клеточных механизмов и, следовательно, на экспрессию генов.
«Мы все еще только начинаем изучать физические свойства ДНК. Это не просто строка букв», — отметил Алексей Аксиментьев.