Кольцевание генома: как когезин выполняет свою работу

Двадцать лет назад белковый комплекс когезин был впервые описан исследователями из IMP. Они обнаружили, что его форма удивительно соответствует функции: когда клетка делится, кольцевая структура когезина удерживает сестринские хроматиды вместе до их готовности к разделению.

Помимо этой важной роли в делении клетки, с тех пор были открыты и другие ключевые функции когезина — в IMP и других институтах. Одна из них — помощь в компактизации ДНК (около двух метров на ядро) путём образования петель. «Мы считаем, что кольцо когезина зажимает нить ДНК, чтобы удерживать петли на месте», — говорит директор IMP Ян-Михаэль Петерс, чья команда работала над проектом.

Петли хроматина формируются не случайно. Их точная форма и положение играют важную роль в регуляции генов, поскольку сближают удалённые друг от друга участки. «Долгое время учёные не понимали, как регуляторные элементы — энхансеры — могут активировать отдалённые гены. Теперь, кажется, мы знаем трюк: точно сформированные петли позволяют энхансерам приближаться к генам, которые они должны регулировать», — поясняет Петерс. Результаты исследований указывают на когезин как на посредника этого процесса. Ян-Михаэль Петерс и его команда уже показали, что комплекс когезина накапливается в областях, где формируются петли.

Несколько учёных недавно предложили так называемый «механизм экструзии петли» для складывания хроматина. Согласно этой гипотезе, когезин загружается на ДНК в случайном месте. Затем нить ДНК протаскивается через кольцевой комплекс, пока не встретит молекулярный барьер. Этот элемент — ДНК-связывающий белок CTCF — действует подобно узлу на верёвке и останавливает процесс экструзии в нужной позиции. Определённые последовательности генома, ранее находившиеся далеко друг от друга, теперь оказываются рядом и могут взаимодействовать для регуляции экспрессии генов.

В онлайн-версии журнала Nature на этой неделе исследователи из IMP публикуют данные, подтверждающие существование такого механизма. Первый автор Георг Бюсслингер, аспирант в команде Яна-Михаэля Петерса, показал на мышиных клетках, что когезин действительно перемещается по ДНК на большие расстояния и что это движение зависит от транскрипции, что позволяет предположить, что она может служить «мотором».

«Гипотеза экструзии петель открыла целую новую область исследований в клеточной биологии, и, вероятно, в будущем мы увидим ещё много публикаций на эту тему», — комментирует Ян-Михаэль Петерс. Понимание функции когезина также важно с медицинской точки зрения, поскольку ряд заболеваний, включая некоторые виды рака, связаны с нарушениями в работе этого белкового комплекса.