FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь
176 городов
September – October
176 cities
12-14 октября 2018
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
октябрь-декабрь 2017
МВДЦ «Сибирь», Кванториум,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»

Ученые исследовали способы упаковки ДНК в клеточном ядре

Ученые НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ имени М.В.Ломоносова создали метод маркировки работающих генов, основываясь на различиях активных и неактивных участков хромосом во время репликации из ДНК. Статья опубликована в высокорейтинговом журнале Current Biology. 

 

Ученые МГУ совместно со своим коллегами из США исследовали способы упаковки ДНК в клеточном ядре и их изменение в процессе ее репликативного синтеза. Считается, что характер упаковки ДНК оказывает существенное влияние на работу генов и является одним из механизмов эпигенетического контроля генной экспрессии.

«Эпигенетический контроль генной экспрессии выражается в том, что, хотя все клетки организма имеют одинаковую генетическую информацию, не все гены работают в данном отдельно взятом типе клеток. Именно набор работающих генов определяет судьбу клетки. Существуют несколько клеточных механизмов, которые помогают клетке запомнить, какие гены должны в ней работать, а какие — нет. Это и есть эпигенетический контроль, представляющий собой память клетки о том, кто она, и благодаря работе каких генов она такой является, — рассказывает один из авторов статьи, заведующий отделом электронной микроскопии НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ, доктор биологических наук Игорь Киреев. — Нас интересовали так называемые высшие уровни структурной организации хромосом, формирующиеся в результате серии последовательных этапов упаковки нити ДНК».

ДНК в клетке существует в виде комплекса с белками — хроматина. Начальные этапы компактизации хроматина достаточно хорошо исследованым — это нуклеосомы, белковые глобулы размером около 10 нм, состоящие из восьми молекул белков-гистонов, на которые наматывается ДНК. Затем цепочка нуклеосом укладывается непонятным пока образом в более толстые фибриллы, хромонемы, в результате чего достигается очень высокая степень компактизации. Так, длина максимально компактизованной митотической хромосомы в 20 000 раз меньше длины уложенной в ней ДНК.

Репликация — это процесс синтеза дочерней молекулы ДНК на матрице родительской молекулы, а транскрипция — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы. ДНК в составе хромосом чрезвычайно плотно и сложно упакована, и традиционно считалось, что для осуществления процессов матричного синтеза (транскрипция и репликация) эта упаковка мешает и должна быть нарушена в масштабе довольно больших по размеру хроматиновых доменов. Идентифицировать эти домены и проанализировать их структурную организацию с высоким пространственным разрешением, не нарушив при этом их естественной структуры, было достаточно сложно.

«Мы предложили метод маркировки работающих генов, основываясь на различиях активных и неактивных хромосомных участков во времени репликации из ДНК. Так, активно работающий участок, так называемый эухроматин, реплицируется в самом начале синтетического периода клеточного цикла, а "молчащий" — гетерохроматин — во второй его половине, — комментирует Игорь Киреев. — Наш метод позволил осуществлять недеструктивные (неразрушающие) исследования хроматина. Он основан на комбинации мечения новосинтезированной (дочерней) ДНК методами click-химии с последующей детекций продуктов реакции методами корреляционной флуоресцентной микроскопии с суперразрешением и иммуноэлектронной микроскопии. Иными словами, одну и ту же молекулу в данной клетке мы можем видеть и в оптический, и в электронный микроскоп».

Используя данный подход, ученые сделали два неожиданных наблюдения. Во-первых, «работающий» хроматин, вопреки традиционным представлениям, сохраняет весьма высокую степень упаковки, поскольку он представлен высоко структурированными хроматиновыми фибриллами высшего порядка — хромонемами. Во-вторых, оказалось, что ДНК в составе хромонем обладает высокой структурной пластичностью, то есть способна как бы «перетекать» из одного участка хромонемы в соседний. При этом общая плотная структура хромонемы не изменяется. Эти наблюдения не укладываются в рамки существующих теорий о пространственной организации хромосом, но в то же время позволяют высказать новые гипотезы о механизмах передачи эпигенетической информации в процессе клеточного деления.

«Мы сделали предположение о том, что в новой дочерней клетке структуры хроматина могут перемещаться внутри неё, а не являться фиксированными, взаимодействуя с той ДНК, которая ещё не удваивалась и "помнит всё", а также содержит необходимые молекулярные компоненты для восстановления утраченной эпигенетической информации», — продолжает Игорь Киреев.

Другой вывод, озвученный в статье, опубликованной в Current Biology, состоит в том, что структурная организация генома не является жесткой иерархией. Конечно, есть некие последовательные уровни организации ДНК. Раньше думали, что должна быть четко зафиксированная система, которая однозначно приводит к формированию хромосом. Сейчас оказывается, что всё может быть по-другому: есть некие принципы построения, но внутри заданных границ ДНК обладает некоторой свободой и пластичностью.

«Дальнейшее развитие исследований состоит, во-первых, в переходе к анализу индивидуальных хромосомных локусов, которые мы планируем маркировать (выделять) на оптическом и электронно-микроскопическом уровнях при помощи технологии TALE, а во-вторых, в разработке еще более нативных методов in vivo мечения, совместимых с такими передовыми технологиями, как криоэлектронная микроскопия», — делится планами на будущее Игорь Киреев.

Ученые надеются вплотную приблизиться к расшифровке принципов пространственной организации ДНК, используя прямые методы анализа при помощи визуализации способов упаковки хроматина с высоким разрешением. В практическом плане исследования позволят выяснить структурные аспекты эпигенетического контроля генной экспрессии и, возможно, подсказать пути его регулирования, что позволит разрабатывать более эффективные подходы для терапевтических воздействий, например при борьбе с раком и старением — состояниями, в которых очень ярко выражена «эпигенетическая» компонента.

 

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Средневековая Русь заговорила по-немецки

Исследовательница из МГУ рассказала о языковых связях средневековой Европы и Новгорода в международном издании.

Почему вымер шерстистый носорог

Шерстистый носорог (Coelodonta antiquitatis) – один из самых распространённых видов мамонтовой фауны Евразии. Его останки обнаружены на территории от Британских островов на западе до Чукотки и Камчатки на востоке.

Останцы погибших

То, что вы прочитали наверху, - не опечатка. Если от людей после смерти остаются останки, то от гор - останцы. И в отличие от первых - это красивейшее, а зачастую просто неповторимое зрелище.

Ученые за два часа взломали алгоритм шифрования, считавшийся неприступным

Протокол шифрования, в основе которого лежат так называемые "дискретные логарифмы", считался одним из кандидатов на роль будущей системы безопасности для Интернета.

Мохнатый планшетник, надувной смартфон

Звучит невероятно, но однажды Всемирная паутина станет доступной для осязания. Модифицированные сенсорные экраны будут создавать весьма убедительные иллюзии, заставляя верить, что трогаешь реальные вещи.