Группа российских учёных опубликовала результаты исследований о том, каким образом нити ДНК укладываются в трехмерные структуры.


Нить ДНК намотана на шайбу из белков-гистонов

Нить ДНК намотана на шайбу из белков-гистонов
Рисунок: Wikimedia Commons

Ядро органической клетки, как правило, имеет диаметр менее сотой доли миллиметра. Этот крохотный участок пространства заключает в себе хромосомы, которые представляют собой одну очень длинную молекулу ДНК – двойную цепочку из множества генов.  В данном случае «очень длинная молекула» означает, что если её размотать, она вытянется метра на два в длину. «Упакованная» в оболочку ядра нить ДНК является чрезвычайно сложной структурой. Чтобы не запутаться и не порваться, молекула словно на катушку, наматывается на специальные белки — гистоны, а затем сворачивается и располагается так, что некоторые участки нити ДНК находятся близко друг к другу и взаимодействуют. Такие «плотные» области называют топологически ассоциированными доменами, или ТАДами. Области, расположенные между ТАДами («интер-ТАДы»), наоборот, взаимодействуют слабо. Ранее было установлено, что ТАДы разделены пограничными областями, природа которых оставалась неясной.

За изучение трёхмерных структур, которые образуют внутри клеточного ядра нити ДНК, взялась группа российских учёных различных специальностей: биологи, биоинформатики, физики. Компьютерное моделирование осуществлялось с помощью супервычислителя «Ломоносов», самого мощного компьютера Восточной Европы. Исследовательскую группу возглавил заведующий кафедрой молекулярной биологии биологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, член-корреспондент РАН Сергей Разин.

В результате исследования удалось показать механизм самоорганизации живой клетки, способ, каким нить ДНК укладывается в трёхмерную структуру. Было установлено, что между ТАДами располагаются активные участки генома, содержащие гены, которые работают во всех типах клеток (так называемые гены «домашнего хозяйства»), а ТАДы являются хранилищами невостребованной в данном типе клеток генетической информации — главным образом тканеспецифичных генов, работающих только в определенных типах клеток. Дальнейшее исследования в этой области скорее всего помогут разобраться в механизме возникновения и развития целого ряда опаснейших заболеваний, к примеру, онкологических и нейродегенеративных (связанных с разрушением нервной системы). Соответственно они помогут разработать эффективные способы лечения подобных болезней.