Простое растяжение ДНК может "выключить" ген

Ученые из Университета Аризоны обнаружили, что простое механическое растяжение молекулы ДНК способно подавлять активность гена. Это открытие может указывать на ранее неизвестный механизм регуляции генов.

Для правильного функционирования живых организмов активность генов в ДНК должна точно регулироваться. Команда под руководством доцента кафедры физики Университета Аризоны Кёна Висшера обнаружила ещё один возможный способ такого контроля. Результаты опубликованы в Biophysical Journal.

Как работает активация гена

Чтобы активировать ген, фермент РНК-полимераза должен связаться с определённым участком ДНК, расплести двойную спираль и, двигаясь вдоль неё, создать копию гена в виде молекулы РНК.

Эксперимент с "оптическими пинцетами"

Исследователи использовали "оптические пинцеты" — инфракрасный лазер, способный удерживать микроскопические частицы. К таким частицам (пластиковым шарикам) они прикрепили одиночную молекулу ДНК, а к другому шарику — антитело, способное "поймать" свободный конец ДНК.

Когда оба конца ДНК были зафиксированы на шариках в лазерных ловушках, учёные заставили один шарик колебаться. Движение передавалось по молекуле ДНК на второй шарик. Затем под натянутой ДНК, содержащей сайт связывания для РНК-полимеразы, поместили третий шарик с этим ферментом.

Ключевое наблюдение

Когда РНК-полимераза связывалась с ДНК, она действовала как "родитель, хватающий резинку посередине" — передача колебаний от одного шарика к другому прекращалась. Это был сигнал о связывании.

Затем исследователи начали растягивать ДНК, увеличивая натяжение между шариками. При определённой силе (от 1 до 12 пиконьютонов — в 50 000 раз слабее веса крупинки соли) ферменту стало значительно сложнее связаться с ДНК.

"По мере увеличения натяжения мы видим, что ферменту становится всё труднее и труднее зацепиться, — объясняет Висшер, — до такой степени, что он всё ещё связывается, но почти сразу же отрывается".

Ген переставал считываться.

Возможные применения и значение для природы

Контролируемое растяжение ДНК может найти применение в технологиях, требующих точного управления активностью генов, например, в "лаборатории на чипе". Теоретически, гены на таком чипе можно было бы включать или выключать, просто растягивая или ослабляя ДНК с помощью магнитных частиц.

Учёные предполагают, что подобный механизм может использоваться и в живой клетке. В ядре клетки ДНК сильно упакована, скручена и растянута. Известен случай, когда ДНК, прикреплённая к клеточной мембране и находящаяся под натяжением в определённых областях, не экспрессирует гены. Исследователи призывают научное сообщество обращать внимание, может ли этот механизм объяснить те паттерны генной активности, которые не поддаются объяснению с помощью одной лишь биохимии.