Хроматиновые волокна хранят геномную «память», управляя строительными блоками жизни

Учёные Northwestern Medicine обнаружили новые детали о том, как человеческий геном производит инструкции для создания белков и клеток — строительных блоков жизни. Исследование опубликовано в Science Advances.

Фундаментальный процесс, посредством которого гены создают РНК, а затем белки и клетки, до сих пор не был хорошо изучен из-за технологических ограничений, отметил старший автор работы Вадим Бэкман, Ph.D.

В исследовании учёные использовали наноразмерные технологии визуализации и сенсоринга, а также методы моделирования, разработанные в Northwestern, чтобы наблюдать за индивидуальными хроматиновыми волокнами — пучками ДНК и белков, формирующими хромосомы в ядре клетки.

Было обнаружено, что хроматин самоорганизуется в «упаковочные домены» — компактные области молекулярных структур, играющие ключевую роль в регуляции экспрессии генов.

Ключевые выводы:

• Трёхмерная структура этих доменов создаёт «память» о транскрипции и функционирует как мощное геометрическое вычислительное устройство.
• Клетки используют эти транскрипционные «памяти» для установления предсказуемого, стабильного поведения в тканях.
• Со временем эти генетические «памяти» могут деградировать, что приводит к заболеваниям, связанным со старением: аутоиммунным расстройствам, раку, болезни Альцгеймера и атеросклерозу.

Потенциальные применения:

• Медицина: Открытие может привести к новым видам терапии, нацеленным на рак, усиление регенерации тканей и продление жизни за счёт сохранения или перепрограммирования транскрипционных «памятей».
• Онкология: Ранее было показано, что при любом типе рака упаковочные домены хроматина нарушены. Понимание правил этой геометрической системы даёт представление о том, почему формируется рак и как он быстро ускользает от лечения.
• Синтетическая биология: Результаты могут вдохновить на создание искусственных организмов с пользовательскими транскрипционными «памятями».
• Эволюция: Дальнейшие исследования будут изучать, существуют ли подобные структуры у растений или грибов, что может пролить свет на эволюцию видов.