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

Используя силы Ван-дер-Ваальса

Несколько лет назад учёные выяснили, что обычные гекконы используют весьма занятный физический трюк, который позволяет им, к примеру, с лёгкостью бегать по потолку.

Наука о науке

Наука науке рознь. Можно в десятый раз измерить прочность резины и похвастаться тем, что у тебя 200 статей на эту тему, а можно в стопиццотый раз запустить радиоуправляемого жука-киборга и возрадоваться, что он наконец полетел куда надо...

Криогенная авиация

Запасы нефти быстро уменьшаются. Она постоянно дорожает и дефицит ее ощущается все больше. Такое положение уже довольно давно заставляет исследователей и ученых всего мира искать альтернативные источники топлива, в том числе и для авиации.

Биологи исследовали кариотипы паразитических наездников

Сотрудник биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова совместно с иностранными коллегами изучил хромосомные наборы (кариотипы) некоторых тропических видов парази

Стекло гибкое, металлическое

Участники международного проекта – учёные Московского института стали и сплавов и их японские коллеги из Университета Тохоку. Возглавляет коллектив исследователей профессор Дмитрий Лузгин.