Как работает молекулярная машина, формирующая хромосомы при делении клетки

Исследователи из EMBL в Гейдельберге и Университета Юлиуса-Максимилиана в Вюрцбурге раскрыли механизм, с помощью которого семейство ДНК-моторных белков упаковывает распущенные нити ДНК в компактные индивидуальные хромосомы во время клеточного деления.

Учёные изучали конденсин — белковый комплекс, критически важный для формирования хромосом. Хотя он был открыт более трёх десятилетий назад, его способ действия оставался в значительной степени неизученным. В 2018 году было показано, что молекулы конденсина создают петли ДНК, что может объяснять формирование хромосом, но внутренний механизм оставался загадкой.

Комбинируя различные экспериментальные подходы, включая наблюдение и манипуляции с отдельными молекулами конденсина в процессе образования петель ДНК, исследователи обнаружили, как разные части комплекса действуют как молекулярная машина:

• Одна часть удерживает ДНК на месте, как якорь.
• Другая часть действует как мотор, продвигающий ДНК вперёд, создавая широкую петлю.

Как и другие моторные белки, конденсин делает «шаги» вдоль ДНК, расходуя клеточную энергию в форме ATP. Однако эти шаги более чем в 500 раз длиннее, чем шаги других ДНК-моторных белков, при примерно одинаковом количестве затрачиваемой энергии. «Это как гоночный автомобиль "Формулы-1" с энергоэффективностью электровелосипеда», — пояснил первый автор статьи Индра Шальтиель.

Достижения в методах криоэлектронной микроскопии позволили визуализировать этот сложный механизм с беспрецедентной детализацией и зафиксировать конденсин в действии. Учёные описали молекулярную хореографию того, как ATP питает его моторную активность.

Конденсины принадлежат к одному из самых эволюционно древних семейств хромосомных белков. Открытие этого нового механизма открывает целое новое поле для исследований. «Члены класса моторных белков, к которому принадлежит конденсин, предположительно необходимы для всей жизни на Земле», — отметил Кристиан Хэринг. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science.