Новые данные о фазовом разделении ДНК
Исследование профессора Хажина Кима из Школы наук о жизни UNIST представляет концепцию фазового разделения ДНК. Согласно ей, ДНК в ядре клетки может запускать процесс фазового разделения, подобный разделению масла и воды.
Ключевой принцип: ДНК в ядре находится в конденсированной и свернутой форме, что создает пространственно разделенные регионы. В доступных областях находится генетическая информация для немедленного использования клеткой, а остальная информация хранится в "сжатых архивных файлах". Это разделение позволяет клетке эффективно использовать информацию.
Что такое фазовое разделение? В физике — это разделение смеси на фазы (жидкие, твердые, газообразные) из-за изменений температуры, давления или состава. В живых организмах также наблюдаются подобные явления, например:
- Образование капель белка Tau при болезни Альцгеймера.
- Формирование РНК-фокусов при болезни Хантингтона.
Новое открытие: Исследование впервые показывает, что фазовое разделение может быть запущено сильным метилированием ДНК. Это указывает на возможность того, что конформация ДНК определяет клеточную активность (экспрессию генов, дифференцировку стволовых клеток) на молекулярном уровне.
Механизм и роль последовательностей ДНК:
ДНК имеет сильный отрицательный заряд, что создает силу отталкивания между молекулами.
В присутствии биологических поликатионов (например, полиаминов) молекулы ДНК притягиваются друг к другу.
Сила притяжения зависит от последовательности ДНК.
Эксперименты и молекулярно-динамическое (MD) моделирование показали, что притяжение значительно сильнее для пар ДНК с TA-повторами, чем для пар с CG-повторами.
Добавление C5-метильной группы к цитозину усиливает притяжение, делая его почти таким же сильным, как у TA-богатых пар.
Вывод: C5-метильные группы, присоединенные к цитозину, — это основная химическая модификация ДНК в эпигенетике. Полученные данные позволяют ожидать установления связи между эпигенетической регуляцией структуры хромосом и дифференцировкой стволовых клеток.