Не такие уж разные: клетки человека и выносливые микробы имеют общего предка
Исследование показало поразительное сходство в том, как археи и более сложные эукариотические клетки, включая клетки человека, упаковывают и хранят свой генетический материал. Это подтверждает общий механизм компактизации, организации и структурирования геномов, унаследованный от общего предка.
ДНК, гистоны, нуклеосомы, хроматин
Эукариоты — это клетки с ядром и мембранными органеллами (грибы, растения, животные). Археи, хотя и являются прокариотами (не имеют ядра), — вероятные предшественники эукариот и имеют общие с ними белки, контролирующие экспрессию генов.
В ядре каждой эукариотической клетки несколько футов ДНК компактизированы особым образом: участки ДНК оборачиваются вокруг восьми белков-гистонов, образуя нуклеосому. Цепочка нуклеосом — это хроматин. В 1997 году Карин Лугер и коллеги впервые определили точную структуру эукариотических нуклеосом с помощью рентгеноструктурного анализа.
Сложная кристаллография и биологический смысл
Соавтор Джон Рив в 1990-х обнаружил, что белки-гистоны есть не только у эукариот, но и у архей. Началось сотрудничество по кристаллизации хроматина архей. После лет сложной работы («скверная кристаллографическая проблема») учёные определили структуру архейного хроматина, выявив его структурное сходство с эукариотическим.
Данные показали, что ДНК архей образует длинные изогнутые суперспирали. Группа Тома Сантанджело из Университета штата Колорадо проверила, является ли эта структура биологически значимой. Они создавали варианты архейных гистонов, нарушающие суперспираль, и наблюдали, что чем больше дестабилизировалась структура, тем хуже чувствовали себя клетки. Это подтвердило правильность определённой структуры.
Древний механизм
Основной вывод исследования, опубликованного в Science, заключается в том, что механизм компактизации ДНК с помощью гистоновых белков — очень древняя идея, вероятно, существующая более 1 миллиарда лет.
«Гистоновые белки появились, и как только они начали упаковывать геномы, они в значительной степени сделали себя незаменимыми для тех клеток, которые их кодировали», — отметил Том Сантанджело.
Археи, эти «древние мореплаватели», выживающие в экстремальных условиях, теперь однозначно представляют собой прототип клеточной активности, общий с клетками человека.