FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2020
176 городов
September – November 2020
312 cities
09-11 октября 2020
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
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
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»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры
21-22 сентября 2019 года
22-23 октября 2019 года
29-30 ноября 2019 года
7-8 сентября 2019 года
27-29 сентября 2019 года
4-5 октября 2019 года
10-12 октября 2019 года

Нуклеосомная петля ДНК для РНК-полимеразы

Молекула ДНК в клетках человека химически нестабильна, что вызывает ее повреждения различной природы. Существует целый ряд механизмов, обеспечивающих ответ на повреждения ДНК, который включает в себя процессы обнаружения повреждения ДНК, генерацию сигнала о повреждении и «починку» молекулы ДНК — так называемую репарацию.

Группа исследователей из МГУ имени М.В.Ломоносова под руководством профессора Василия Студитского вместе со своими зарубежными коллегами открыла новый механизм починки ДНК, который открывает новые перспективы для лечения и предупреждения нейродегенеративных заболеваний. Статья, рассказывающая об открытии, опубликована в научном журнале Science Advances, основанном издателем журнала Science в феврале 2015 года.

К слову, в марте 2015 года в престижном научном журнале PNAS была опубликована статья докторанта химического факультета МГУ Светланы Хороненковой, посвященная иному аспекту репарации ДНК.

«У высших организмов ДНК связана в комплексы с белками — нуклеосомы. На каждые 200 пар нуклеотидов приходится такой ДНК-белковый комплекс — нуклеосома, состоящая из 8 белков-гистонов, на который, как нить на катушку, накручивается двойная спираль ДНК, свернутая в два сверхспиральных витка. Часть поверхности спирали ДНК спрятана, поскольку она взаимодействует с гистонами. Таким способом упакован весь наш геном, за исключением областей, с которых в данный момент считывается информация», — рассказывает ведущий научный сотрудник и руководитель лаборатории регуляции, транскрипции и репликации биологического факультета МГУ, доктор биологических наук Василий Студитский, получивший мегагрант в 2010 году.

Плотная упаковка позволяет нити длиной около двух метров умещаться в микроскопическом клеточном ядре, но делает значительные поверхности ДНК недоступными для ферментов репарации — белков, запускающих механизмы «починки» поврежденных участков. А повреждение ДНК ведет к накоплению мутаций, смерти клетки, а на уровне всего организма  — к различным заболеваниям, в том числе, нейродегенеративным, например, болезни Альцгеймера.

 

Группа, которую возглавляет профессор Василий Студитский, изучала механизм узнавания ферментами одноцепочечных разрывов ДНК, при которых теряется связь между нуклеотидами одной из цепей, в местах, где ДНК связана с гистонами.

 

О репарации на активных участках ученые знают довольно много. Как известно, для синтеза белка генетический код (инструкция по его сборке, где тройки — триплеты — нуклеотидов соответствуют определенной аминокислоте) должен быть вынесен из ядра в цитоплазму клетки. Тонкая и длинная нить ДНК упакована в ядре и может порваться при выходе наружу, а жертвовать ею нельзя — в клетке ядерная ДНК находится в единственном экземпляре. Поэтому, когда нужно синтезировать определенный белок, ее небольшой участок раскручивается, две цепи размыкаются, и информация о структуре белка с одной из цепей ДНК перезаписывается на РНК, небольшую одноцепочечную молекулу. Молекула матричной (информационной) РНК, которая и становится указанием, как делать белок, синтезируется по принципу комплементарности: каждому нуклеотиду соответствует парный ему.

Во время транскрипции (считывания) информации и переписывания ее на РНК фермент РНК-полимераза «едет» по цепи ДНК, и, обнаружив разрыв, останавливается. Как корректор текста, РНК-полимераза, застопорив переписывание, запускает каскад реакций, в результате которого ферменты репарации исправляют поврежденный участок. В то же время РНК-полимераза не может обнаружить разрывы, присутствующие в другой цепи ДНК.

«Мы доказали (пока еще не в клетке, а в пробирке, in vitro), что репарация разрывов в другой цепи ДНК, «спрятанных» в нуклеосоме, все-таки возможна. По нашему предположению, это происходит благодаря образованию специальных небольших петель ДНК на нуклеосоме, хотя в норме нить намотана на гистонную «катушку» очень плотно», — рассказал Василий Студитский, — «Они возникают, когда ДНК накручивается обратно на нуклеосому вместе с полимеразой. РНК-полимераза может «ползти» по таким петлям ДНК, как и на свободном от гистонов участке, и, останавливаясь рядом с местами разрывов ДНК, «поднимать панику», запуская каскад реакций для начала «ремонтных работ».

В ходе эксперимента в ДНК были введены участки, которые можно легко искусственно разорвать, добавляя в пробирку специальные ферменты. После этого создавалась система с одной нуклеосомой и транскрипцией с одной молекулой РНК. Благодаря разработанной в 2002 году этой же группой ученых модельной системе, гистоны были посажены на молекулу с точностью до одного нуклеотида. Имея специально внесенные разрывы в точно определенных местах на ДНК, ученые исследовали влияние разрывов на скорость движения РНК-полимеразы. Выяснилось, что именно в нуклеосомах, а не на свободной от гистонов ДНК фермент останавливался, когда разрыв присутствует в другой цепи ДНК. Причем останавливался он не перед разрывом, а сразу после него. Достаточно сложно было понять механизм, который позволяет ему замечать повреждение за «спиной», словно он имел «глаза на затылке», хотя, очевидно, он не имеет ни того, ни другого.

Анализ разрывов в различных положениях позволил выдвинуть гипотезу, что остановку движения РНК-полимеразы вызывает формирование петли, которая преграждает ей путь. Полученные данные открывают новое направление для работы по тематике репарации ДНК.

Ранее роль хроматина считалась пассивной: полагали, что только в развернутой нити ДНК могут происходить «ремонтные работы». Но Студитский и его коллеги выяснили, что ремонтировать нить можно и не разматывая «катушку», и высоко консервативные гистоны (изменения в их структуре отбраковываются естественным отбором) играют в этом важную роль. А высокая консервативность белка как раз и предполагает его активное участие во многих процессах.

Кроме того, в предложенных в работе моделях ученые впервые объясняют роль так называемых топологических замков, которые образуются при прохождении любого фермента по ДНК в момент, когда он встречает нуклеосому.

«С точки зрения прикладной науки открытие нового механизма репарации обещает новые перспективные методы предотвращения и лечения заболеваний. Нами было показано, что в формировании петель, останавливающих полимеразу, участвуют ее контакты с гистонами. Если сделать их более прочными, то увеличатся эффективность формирования петель и вероятность репарации, что снизит риск заболеваний. Если же дестабилизировать эти контакты, то с помощью специальных способов доставки лекарства можно запрограммировать смерть пораженных клеток», — заключил Василий Студитский, добавив, что процесс разработки и тестирования таких лекарств, конечно, потребует много времени.

Добавьте свой комментарий

Plain text

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

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Красные идут!

Миграция красных крабов (Gecarcoidea natalis) на австралийском острове Рождества - одно из самых необычных явлений в живой природе. С началом сезона дождей, начинающегося в октябре-ноябре, миллионы крабов устремляются из леса к побережью для размножения, покрывая кра

Вселенная "в пробирке"

Ученым-астрономам удалось совершить то, на фоне чего симуляция типа "Матрицы" выглядит древней компьютерной игрой 1980-х годов.

Выявлена еще одна связанная с инфарктом молекула микроРНК

Российский научный фонд: результаты 2018 года и итоги первых пяти лет с момента образования

23 апреля в 11:00 (по мск) в ТАСС пройдет пресс-конференция, посвященная презентации отчета о деятельности Российского научного фонда (РНФ) в 2018 году и итогах первых пяти лет с момента образования фонда.

 

 

 

В клетке. 0,0016 — много или мало?.

0,0016 — МНОГО ИЛИ МАЛО?.