Упаковка полного генома дрожжей воспроизведена in vitro
Команда исследователей из LMU впервые успешно воспроизвела правильную упаковку полного генома дрожжей в пробирке, используя очищенные компоненты. Это достижение даёт новые представления о механизмах организации генома на уровне выше последовательности ДНК.
В ядре клетки каждая молекула ДНК, составляющая геном, существует в компактной форме благодаря взаимодействию с определённым набором белков. Образующиеся комплексы ДНК-белок называются хроматином. Первый уровень упаковки заключается в намотке ДНК на "катушки" из четырёх так называемых гистоновых белков. Такая упакованная ДНК называется нуклеосомами, и их позиционирование на ДНК играет ключевую роль в регуляции активности генов, влияя на все клеточные процессы.
Исследователи под руководством PD д-ра Филиппа Корбера из Биомедицинского центра LMU смогли воспроизвести in vitro физиологическое расположение нуклеосом на геномной ДНК пекарских дрожжей, начиная с очищенных компонентов. Результаты опубликованы в журнале Cell.
К удивлению учёных, для обеспечения правильной упаковки оказалось достаточно относительно ограниченного набора компонентов:
- Очищенная ДНК дрожжей
- Гистоновые белки, формирующие нуклеосомы
- Белки-барьеры и белки-ремоделеры
Эксперименты напрямую показали, что белки-барьеры служат точками привязки для нуклеосом. Также была выявлена фундаментальная роль ремоделеров в упаковке ДНК.
"Было известно, что ремоделеры необходимы для позиционирования нуклеосом, но неясно было, есть ли у них прямая и специфическая роль в этом процессе", — говорит Корбер.
Он объясняет их работу аналогией: упаковка товаров в контейнер требует плана и людей, которые его выполняют.
"Широко считалось, что белки-ремоделеры просто выполняют приказы, делая только то, что им говорят другие факторы. Но оказалось, что большая часть плана упаковки заложена в самих ремоделерах. Они привносят и следуют собственному плану в процессе упаковки", — говорит Корбер. — "Фактически, один конкретный тип белка-ремоделера действует полностью автономно, без какого-либо участия других факторов. Это было совершенно неожиданно".
Успешное воссоздание in vivo-подобного позиционирования нуклеосом на ДНК дрожжей демонстрирует, что степень самоорганизованной упаковки ДНК выше, чем предполагалось ранее. Упаковка ДНК ремоделирующими белками — это динамичный и автономный процесс, который создаёт структуру, служащую основой для других важных процессов, таких как транскрипция и репликация.
"Это понимание одного из фундаментальных принципов организации генома является вехой. Оно стало возможным благодаря использованию тщательно контролируемых условий для реконституции генома дрожжей как модельной системы in vitro", — заключает Корбер. — "Этот подход также облегчит изучение роли механизмов упаковки ДНК в раковых клетках, поскольку известно, что нарушения хроматина напрямую вовлечены в опухолегенез".