Раскрытие экспрессии генов

ДНК одной клетки имеет длину от двух до трех метров. Чтобы поместиться в ядре и функционировать правильно, ДНК упакована вокруг специализированных белков. Эти комплексы ДНК-белок называются нуклеосомами и являются небольшой частью более крупной структуры — хроматина. Нуклеосомы можно рассматривать как единицу хранения и защиты ДНК клетки.

Когда необходимо экспрессировать определенный ген, клетке требуется доступ к защищенной ДНК внутри хроматина. Это означает, что структура хроматина должна быть раскрыта, а нуклеосомы удалены, чтобы обнажить целевой ген.

Это происходит в рамках организованного процесса ремоделинга хроматина, который регулирует экспрессию генов и включает множество участников. Расшифровка этого ключевого этапа способствовала бы разработке инструментов генной инженерии.

Теперь лаборатории Беата Фирца в EPFL удалось раскрыть первые шаги процесса открытия хроматина на уровне одной молекулы, используя комбинацию методов химической биологии и биофизики. Работа, опубликованная в Molecular Cell, рассматривает роль группы белков, называемых «пионерными факторами транскрипции». Эти белки связываются с определенными участками ДНК внутри хроматина, которые сами защищены от других белков. О том, как эти факторы преодолевают барьеры хроматинового лабиринта, известно мало.

Лаборатория Фирца изучила дрожжи, которые являются модельным организмом для генетики человека. Метод включал воспроизведение архитектуры генов дрожжей в сочетании с одно-молекулярной флуоресценцией. Исследователи изучили пионерный фактор транскрипции дрожжей Rap1 и обнаружили, что он управляет ремоделингом хроматина, обеспечивая доступ другим белкам, необходимым для экспрессии генов, которые ранее были заблокированы.

Для этого Rap1 сначала связывается с хроматином, а затем влияет на действие большой молекулярной машины под названием «Remodeling the Structure of Chromatin» (RSC), смещая нуклеосомы и прокладывая путь к теперь обнаженной ДНК для других белков, участвующих в контроле экспрессии генов.

Раскрыв физико-химический механизм того, как Rap1 получает доступ к хроматину и открывает его, исследование EPFL предлагает биологическую модель для других пионерных факторов транскрипции, а также предоставляет инструменты для их исследования на уровне одной молекулы.