Российско-американская группа ученых исследовала способы упаковки ДНК в клеточном ядре и их изменение в процессе ее репликативного синтеза.

Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова и Университета Иллинойса (США) изучили способы упаковки ДНК в клеточном ядре и их изменение в процессе ее репликативного синтеза. Статья опубликована в журнале Current Biology.

Авторы работы предложили метод маркировки работающих генов, основываясь на различиях активных и неактивных хромосомных участков во времени репликации из ДНК. Дело в том, что активно работающий участок, так называемый эухроматин, реплицируется в самом начале синтетического периода клеточного цикла, а «молчащий» — гетерохроматин — во второй его половине. Новый метод позволил осуществлять 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», — рассказывает один из авторов работы Игорь Киреев из МГУ.  

Изображение: Сравнение обычной флуоресцентной микроскопии реплицирующегося хроматина и микроскопии с суперразрешением / Игорь Киреев, МГУ имени М.В. Ломоносова*

Такой подход позволил сделать неожиданные выводы. Во-первых, «работающий» хроматин, вопреки традиционным представлениям, как выяснилось, 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 нее, а не являться фиксированными, взаимодействуя с той ДНК, которая еще не удваивалась и “помнит все”, а также содержит необходимые молекулярные компоненты для восстановления утраченной эпигенетической информации», — поясняет Игорь Киреев.

Также ученые показали, что структурная организация генома не является жесткой иерархией: есть некие принципы построения, но внутри заданных границ ДНК обладает некоторой свободой и пластичностью.

В дальнейшем исследователи надеются вплотную приблизиться к расшифровке принципов пространственной организации ДНК, используя прямые методы анализа при помощи визуализации способов упаковки хроматина с высоким разрешением. С практической точки зрения понимание структурных аспектов эпигенетического контроля генной экспрессии поможет найти пути его регулирования, что позволит разрабатывать более эффективные подходы для терапевтических воздействий.