Экспрессия генов влияет на 3D-укладку хромосом, изменяя структуру двойной спирали ДНК

Исследование, проведенное в рамках программы UTokyo-KI LINK под руководством Камиллы Бьёркегрен из Каролинского института, Кристиана Йеппссона и Кацухико Сирахиге из Токийского университета, показывает, что белковый комплекс Smc5/6 связывается со структурами ДНК, называемыми положительными супервитками. Они образуются, когда двойная спираль хромосомной ДНК складывается сама на себя из-за перекручивания, вызванного транскрипцией — первым этапом экспрессии генов.

Исследование представляет in vivo данные, указывающие, что Smc5/6 связывается с основанием петель хромосом в областях с высоким уровнем транскрипционно-индуцированных положительных супервитков. Также показано, что комплекс контролирует трехмерную (3D) организацию этих областей.

Вычислительное машинное обучение дает дополнительные результаты, подтверждающие, что именно транскрипционно-индуцированные положительные супервитки определяют хромосомную картину связывания Smc5/6. Наконец, in vitro анализ одиночных молекул, выполненный командой доктора Юджина Кима в Институте Макса Планка во Франкфурте, предоставляет прямое доказательство того, что Smc5/6 предпочтительно связывается с положительными супервитками ДНК.

В совокупности анализ показывает, что экспрессия генов влияет на пространственное расположение хромосом, изменяя структуру двойной спирали ДНК и тем самым запуская ассоциацию с комплексом Smc5/6. Исследование опубликовано в журнале Molecular Cell.

Поскольку 3D-организация хромосом влияет на функцию и выживаемость клеток, эти выводы важны для нашего фундаментального понимания жизни. Интригующе, что 3D-организация хромосом также может контролировать экспрессию генов, что предполагает наличие динамической петли обратной связи между двумя процессами, опосредованной положительными супервитками и Smc5/6. Более того, поскольку Smc5/6 ингибирует репликацию нескольких вирусов, а мутировавшие версии комплекса связаны с дефектами развития и образованием опухолей, полученные знания также актуальны с медицинской точки зрения.

«Теперь мы планируем продолжить исследование функциональных последствий наших новых открытий, в частности, того, как они связаны с ролью Smc5/6 в противовирусной защите, развитии и предотвращении опухолей», — говорит Бьёркегрен.