Всеобщий доступ к геному: новое исследование изучает упаковку ДНК

Биофизики из Университета штата Аризона и Северо-Западного университета исследовали динамику нуклеосом — структур, на которые намотана ДНК в ядре клетки. Их работа, опубликованная в Journal of Molecular Biology, объясняет, как регулирующие белки получают доступ к скрытым участкам ДНК.

Динамические нуклеосомы

Нуклеосомы — это белковые структуры (гистоны), вокруг которых обёрнута нить ДНК. Они позволяют упаковать около 6 футов ДНК в ядро диаметром всего 10 микрон. Однако эта упаковка скрывает 75–80% ДНК, делая её недоступной для связывания с белками, необходимыми для экспрессии генов, репликации и репарации.

Предыдущие исследования показали, что нуклеосомы — динамические, а не статичные структуры. ДНК спонтанно разматывается и снова наматывается на гистоновое ядро, временно открывая участки для связывания белков.

Метод исследования

Чтобы изучить эту динамику, учёные использовали метод Фёрстеровского резонансного переноса энергии (FRET). Они присоединили флуоресцентные метки к концу ДНК и к гистону. Изменение расстояния между метками при разматывании/наматывании ДНК позволило измерить частоту и скорость этих процессов для отдельных нуклеосом.

Ключевые результаты

• Участки ДНК у края нуклеосомы разматываются быстро — примерно 4 раза в секунду. Они остаются скрытыми всего ~250 миллисекунд, а после разматывания открыты 10–50 мс. Этого достаточно для связывания белков in vivo.
• Скорость разматывания резко падает для участков, расположенных ближе к центру нуклеосомы. Сдвиг сайта связывания всего на 10 пар оснований внутрь может снизить скорость его открытия в 250 раз.

Как белки получают доступ к центру?

Поскольку внутренние участки разматываются крайне редко, авторы предлагают возможные механизмы доступа к ним:

• Кооперативное связывание: два белка могут действовать совместно. Один удерживает временно размотанную ДНК, пока другой проникает внутрь нуклеосомы, в процессе, похожем на работу храпового механизма.

Исследование проводилось в сотрудничестве с Джонатаном Уидомом, пионером в изучении нуклеосом, который недавно ушёл из жизни. Его вклад в биологию отмечен в журнале Nature.

Понимание динамики нуклеосом важно для фундаментальной науки о геноме и изучения механизмов здоровья и болезней.