Как одноклеточные родственники упаковывают свою ДНК

Одноклеточные организмы из домена архей организуют свою ДНК способом, сходным с высшими организмами (эукариотами) — растениями, животными и грибами. Однако процесс считывания упакованной ДНК различается между этими двумя родственными группами.

Две группы без ядра

Простейшие организмы на Земле — одноклеточные и не имеют клеточного ядра. С 1970-х годов известно, что они делятся на два разных домена: бактерии и археи. Их биохимия фундаментально различна. Третий домен — эукариоты (организмы с ядром в клетке), к которым относятся и люди. Биохимия показывает, что археи ближе к эукариотам, чем к бактериям.

Гистоны: упаковка и доступ

Для компактизации и организации длинных молекул ДНК клетки используют ДНК-связывающие белки. Гистоны встречаются у архей и эукариот, но отсутствуют у бактерий, что проливает свет на эволюцию эукариот.

• У эукариот: восемь гистонов образуют нуклеосому ("бусину"), вокруг которой ДНК оборачивается дважды. Нуклеосомы выстраиваются в цепь.
• У архей: гистоны формируют иные структуры. Некоторые образуют димеры (две части), вокруг которых изгибается ДНК. Неопределенное число таких димеров собирается в гипернуклеосому — стержневидную структуру, вокруг которой намотан длинный отрезок ДНК.

Динамическое хранение информации

У эукариот химические группы на гистонах нуклеосом контролируют, будет ли участок ДНК считан. Гипернуклеосомы архей, вероятно, недоступны для транскрипции в РНК. Однако это динамичная система: единицы могут присоединяться к гипернуклеосоме или удаляться из нее, меняя её длину. Таким образом, в зависимости от условий, защищено от считывания большее или меньшее количество ДНК.

Открытие в соляной корке

В ходе исследования была обнаружена новая архея вида Nanosalina, обитающая на соляных корках в пустыне. Учёные впервые изучили её гистоны. Хотя организм не культивируется, удалось секвенировать ДНК, кодирующую три его гистоновые последовательности, реплицировать её и экспрессировать в бактерии. Один из трёх исследованных гистонов, как и ожидалось на основе последовательности ДНК, способен формировать гипернуклеосому.