Физическая сила напрямую запускает экспрессию генов
Клетки усиливают экспрессию генов в ответ на одни лишь физические силы. Активация генов — первый шаг в производстве белка — начинается менее чем через миллисекунду после растяжения клетки, что в сотни раз быстрее, чем может распространиться химический сигнал.
Учёные тестировали биологически значимые силы, эквивалентные тем, что испытывают клетки человека при дыхании, физических упражнениях или вокализации. Результаты опубликованы в Science Advances.
"Мы обнаружили, что сила может активировать гены без посредников, без ферментов или сигнальных молекул в цитоплазме. Мы также выяснили, почему одни гены могут активироваться силой, а другие — нет", — заявил профессор Нин Ван.
Ранее было известно, что некоторые гены чувствительны к физическим манипуляциям с клетками, но команда впервые показала, что одно лишь растяжение клеток может влиять на экспрессию таких генов.
Ключевую роль играют ДНК-ассоциированные белки гистоны, которые упаковывают ДНК в ядре клетки. Один класс гистонов, Histone H3, препятствует силовой активации генов при его метиляции по аминокислоте лизину 9 (H3K9).
- Метиляция H3K9 максимальна на периферии ядра и почти отсутствует в его центре.
- Гены в центре ядра могут активироваться растяжением, а гены на периферии — нет.
- Учёные могли подавлять или усиливать силовую экспрессию генов, изменяя уровень метиляции H3K9.
Частота приложенной силы также влияет на экспрессию. Клетки наиболее чувствительны к силам с частотой до 10–20 Гц (диапазон биологических процессов: от дыхания ~0.2 Гц до бега и пения — сотни Гц). На высоких частотах клетки становятся жёстче, и ферменты, запускающие транскрипцию генов, не могут связаться с ДНК.
Такая мгновенная реакция клеток на силу имеет эволюционный смысл для быстрого выживания в изменяющейся среде.