Ученые впервые детально изучили, как движутся нити ДНК внутри ядра клеток. Ученые из МГУ им. Ломоносова выяснили сразу несколько новых механизмов, которые управляют считываемостью генов. В ходе исследования они просчитывали на атомном уровне, как меняется положение нити ДНК внутри ядра клетки.

Двойная спираль ДНК подобна винту. Предполагается, что она может одновременно скользить и прокручиваться вдоль поверхности белков ее оболочки. Нам удалось показать, что благодаря локальным деформациям ДНК и белков-гистонов этот процесс происходит поэтапно. Сначала прокручивается одна часть ДНК, а затем следующая — своего рода гусенично-винтовой механизм, – Алексей Шайтан, один из авторов работы, ведущий научный сотрудник МГУ.

Общая длина всех молекул ДНК из хромосом человека составляет около 2 метров. Наши клетки сжимают нити ДНК в 10 тыс. раз, чтобы они поместились в ядре. Например, клетка наматывает нить ДНК на особые молекулярные «катушки» из белков-гистонов. Благодаря этому геном можно упаковать очень компактно, но при этом значительная часть нити ДНК оказывается запрятанной внутри этих структур.

Как именно происходят движения ДНК в нуклеосоме, до последнего времени оставалось неясным. Чтобы разобраться с этим, ученые смоделировали на суперкомпьютере «Ломоносов-2» молекулярную динамику нуклеосом на атомном уровне на рекордно длинных для компьютерного моделирования временах — 15 микросекунд. То есть суперкомпьютер выступил этаким вычислительным микроскопом, что позволил рассмотреть механизмы движения ДНК в геноме.

Благодаря этому Шайтан и его коллеги проследили, как нить ДНК отсоединяется от белков, как при этом меняется ее структура и какие факторы влияют на движение цепочки нуклеотидов, а также ее повторное соединение с белковыми катушками. Исследование вносит и важный вклад в расшифровку механизмов функционирования генома.