Открытие моторной функции хромосомного белка поддерживает модель экструзии ДНК-петель

Одна из величайших загадок биологии — как клетка аккуратно распределяет свою реплицированную ДНК между двумя дочерними клетками. При делении клеткам необходимо упаковать два метра ДНК в аккуратные структуры — хромосомы. Этот процесс обеспечивают белки конденсины, но учёные спорят о механизме их работы. Одна гипотеза предполагает, что белок работает как крюк, случайным образом связывая ДНК. Другая — что кольцеобразный белок втягивает ДНК внутрь, формируя петлю. В новом исследовании в Science учёные из Делфтского университета, Гейдельбергского и Колумбийского университетов значительно укрепили позиции модели экструзии петель, продемонстрировав, что конденсин действительно обладает предполагаемой моторной функцией, необходимой для этого процесса.

Моторная функция

Исследователи впервые показали, что конденсин обладает моторной функцией. Они зафиксировали молекулы ДНК на поверхности и добавили белки конденсина, помеченные светящейся квантовой точкой для наблюдения.

• Учёные наблюдали, как конденсин действительно перемещается вдоль ДНК. Это происходило только при наличии «топлива» — молекулы АТФ.
• Результаты показали, что конденсин делает чрезвычайно большие шаги по ДНК и, следовательно, требует значительно меньше АТФ, чем считалось ранее.
• На втором этапе исследования светящаяся метка была перенесена с белка на нить ДНК. Конденсин снова двигался таким же образом, демонстрируя способность перемещать один участок ДНК относительно другого, что соответствует идее формирования петли.

Значение открытия

Точный молекулярный механизм остаётся предметом дискуссий, но это открытие — серьёзный аргумент в пользу гипотезы экструзии петель. Также доказано, что затраты энергии на этот процесс гораздо меньше предполагавшихся.

Исследование представляет собой важный шаг в фундаментальном понимании клетки и актуально для медицины. Проблемы с семейством белков SMC, к которому принадлежит конденсин, связаны с наследственными заболеваниями, например, синдромом Корнелии де Ланге. Конденсин также критически важен для организации хромосом во время деления клетки, а ошибки в этом процессе могут привести к раку.