Учёные определили генетическую последовательность, координирующую синтез белков для упаковки ДНК

При каждом делении клетка создаёт точные копии ключевых компонентов, включая гистоновые белки, ответственные за плотную упаковку длинных нитей ДНК. Неправильный синтез этих белков-«катушек» может привести к геномной нестабильности, характерной для большинства врождённых дефектов и раковых заболеваний.

Семь лет назад доктор Джо Голл из Института Карнеги и его коллеги обнаружили скопление молекул на участке генома, кодирующем критически важные гистоны, но механизм образования этого агрегата, или «тельца гистонового локуса», был неизвестен.

Исследование, проведённое на плодовых мушках в Медицинской школе Университета Северной Каролины, выявило специфическую последовательность ДНК, которая одновременно запускает формирование этого «тельца гистонового локуса» и активирует все гены гистонов в пределах всего блока.

Открытие, опубликованное 25 марта 2013 года в журнале Developmental Cell, даёт модель для координированного синтеза гистонов, необходимых для сборки хроматина. Этот процесс критически важен для целостности хромосом и передачи генетической информации из поколения в поколение.

«Наше исследование выявило новую взаимосвязь между архитектурой ядра и активностью генов», — сказал старший автор работы Боб Дуронио, профессор биологии и генетики. «Чтобы правильно сформировать хромосомы, нужно производить эти гистоновые "строительные блоки" в нужное время и в нужном количестве. Мы обнаружили, что клетка развила эту сложную архитектуру, чтобы делать это правильно».

У плодовой мушки, как и у человека, пять различных генов гистонов расположены в одном длинном участке генома. «Гистоновый локус» у мушек содержит 100 копий каждого из пяти генов, охватывая примерно 500 000 нуклеотидов. Белки, необходимые для создания матричной РНК гистонов, собираются в этом локусе, образуя «тело гистонового локуса».

Дуронио и соавтор Уильям Марцлуфф хотели выяснить, как эти факторы «знают», где собраться. Они вставляли различные комбинации пяти генов гистонов в другой участок генома и наблюдали, какие комбинации приводят к формированию нового тельца локуса.

Ключевое открытие:

• Комбинации, содержащие специфическую последовательность длиной 300 нуклеотидов — область между генами гистонов H3 и H4 — формировали тело гистонового локуса.
• Комбинации генов, лишённые этой последовательности, тело не формировали.
• Эта последовательность активировала не только соседние гены H3 и H4, но и другие гены гистонов в блоке.

Хотя исследование проводилось на мушках, оно может пролить свет на механизмы, предотвращающие геномную нестабильность у высших организмов.

«У людей и мушек эти гены гистонов одинаковы. У них одинаковые белки в теле гистонового локуса. Поэтому понимание того, как это работает у мушек, поможет нам понять деление клеток у человека», — отметил Марцлуф.