Со времени первого описания структуры ДНК ученые долгое время бились над загадкой ее удивительного размещения в ядрах клеток. При своей длине почти в два метра спираль ДНК компактно складывается в микроскопических ядрах таким образом, что в нужное время определенные гены могут проявлять активность и регуляторные белки могут иметь доступ к этим генам. Чтобы далекий от биологии человек мог лучше себе представить чрезвычайное уплотнение ДНК в клетках, ученые сравнивают нить ДНК с канатом, длина которого простирается от Сан-Франциско до Нью-Йорка и который можно полностью поместить в рюкзак.
© Fotolia/ Dan Race
Как сегодня известно, ДНК организована таким образом, что хромосома свернута в петлю с образованием множества областей, которые называются топологически ассоциированные домены (TADs). TAD представляет собой участок ДНК, содержащий несколько взаимосвязанных генов, изолированных от соседнего TAD. Но каким образом происходит четкая организация TADs-системы в ядрах клеток? Новое исследование американских биологов позволяет пролить свет на этот вопрос.
В своих экспериментах они сосредоточили основное внимание на одном из регуляторных белков — CTCF. Этот белок уже давно вызывает большой интерес у биологов, так как он задействован в большом количестве биохимических реакций. Так, ранее уже было установлено, что делеция фрагмента ДНК, содержащего ближайший сайт связывания CTCF, вызывает активацию протоонкогенов (нормальных генов, которые из-за мутаций могут вызывать рак).
В этом эксперименте ученые полностью устранили белок CTCF в клетках очень быстро, чтобы можно было изучать клетки, прежде чем они погибнут. Это позволило взглянуть на весь геном в отсутствие CTCF и наблюдать полученные эффекты.
Оказалось, что без этого белка изолирующие границы TAD-областей (в качестве границ выступали особые белковые мотивы) почти полностью исчезли, а гены и регуляторные элементы теперь могли взаимодействовать с теми, что были в соседних TADs. Как образно выразились исследователи, «это было как удаление стены между соседними помещениями, так что люди могли теперь свободно взаимодействовать с другими людьми в соседней комнате». Но отсутствие CTCF мало повлияло на то, как гены объединялись в одном TAD. И это показывает, что белок CTCF нужен для изоляции TADs друг от друга, но не для организации генов в пределах этих областей. Это исследование является первым убедительным доказательством, что эти два механизма отдельны друг от друга и контролируются разными белками.
Кроме этого, биологи также исследовали компартментализацию (разделение на активные и пассивные области) ДНК, когда активные гены отделяются от неактивных. Ранее предполагалось, что границы TAD необходимы для организации этих зон. Но, как оказалось, разрушение CTCF никак не повлияло на этот фактор, что указывает на наличие неизвестного пока механизма.
По мнению авторов работы, результаты могут помочь выяснить причины возникновения рака и врожденных дефектов развития.
Исследование опубликовано в журнале Cell
Источник: chrdk.ru
Источник: sci-dig.ru
