Правильная упаковка ДНК с хромосомными белками осуществляется под наблюдением вспомогательных ферментов. Для корректировки упаковки ферменты-помощники используют энергию АТФ.

Исследователи из Университета Пенсильвании (США) сумели искусственно воспроизвести сворачивание хромосомы, и, как говорят учёные, решающим фактором оказалась энергия — наличие в реакционной смеси молекул АТФ. Результаты экспериментов опубликованы в журнале Science.

Вся ДНК в клетке очень плотно уложена в хромосомы, у которых есть различные уровни упаковки. Структурной единицей хромосомы является нуклеосома, комплекс ДНК с белками. Белки-упаковщики, гистоны, представляют собой очень древнее и почти неизменное среди живых организмов семейство. Одна нуклеосома — это фрагмент нити ДНК, намотанный на шайбу из нескольких гистонов, слепившихся друг с другом. Гистоны с ДНК вместе образуют нить с нанизанными «бусинками»-нуклеосомами, которые связаны между собой несвёрнутыми участками ДНК.

Рис. 1. Схематическое изображение нуклеосомы: на комплекс разноцветных гистонов намотана серая нить ДНК. (Иллюстрация pennstatelive).

Исследователи давно знали, что, если смешать гистоны и ДНК в пробирке, получится такая нить с нуклеосомными узелками; однако получающиеся комплексы не были похожи на те, что присутствуют в живой клетке. В лаборатории Франклина Пуга нашли способ, как «довести» получающуюся in vitro структуру до той, которая есть в клетках. Исследователи предположили, что существует некий доводчик, фермент (или набор ферментов), корректирующий взаимодействие гистонов и ДНК; кроме того, эти ферменты будут требовать энергии для своей работы. Модельным объектом была ДНК хромосом дрожжей, и вот, когда к смеси гистонов и ДНК добавили ещё и дрожжевой экстракт, сформировавшиеся нуклеосомы повторили картину, которую видели в живых дрожжах. Причём правильно процесс шёл только при наличии энергетических молекул АТФ.

В процессе упаковки дрожжевой хромосомы на ДНК образуется более 60 000 нуклеосом. Их расположение на ДНК анализировали компьютерным способом, после чего сравнивали с тем, что получилось в искусственной системе. Без ферментов и АТФ нуклеосомы формировались в случайных участках ДНК, тогда как в присутствии молекул-помощников они вставали в начало генов. Предположительно, ферменты помогают гистонам преодолеть некие барьеры, которые встречают их в начальных точках генов, для чего и требуется энергия.

В хромосоме ДНК защищена от повреждений, поэтому многие заболевания, включая онкологические, могут иметь причиной погрешности в упаковке хромосомы. Следовательно, зная детали механизма такой упаковки, можно помочь клетке следить за собственным генетическим здоровьем.

Результаты исследований представлены в следующей статье:

Zhenhai Zhang, Christian J. Wippo, Megha Wal, Elissa Ward, Philipp Korber and B. Franklin Pugh A Packing Mechanism for Nucleosome Organization Reconstituted Across a Eukaryotic Genome. – Science 20 May 2011. – Vol. 332. – no. 6032. – pp. 977–980; DOI: 10.1126/science.1200508.