Ученые раскрыли тайну механизмов самоорганизации в живой клетке

Группа российских исследователей, возглавляемая Сергеем Разиным, изучала, каким образом нитевидные ДНК-белковые фибриллы хроматина укладываются в трехмерные структуры — ТАДы и интер-ТАДы. Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Genome Research (импакт-фактор — 13,852), кроме того, о них в своей обзорной статье сообщает журнал Nature Review Genetics.

Хромосома — это структура, которая находится внутри клеточного ядра и несет в себе большую часть генетической информации, отвечая за ее хранение, передачу и реализацию. Хромосома образуется из одной очень длинной молекулы ДНК, представляющей собой двойную цепочку из множества генов. Если учесть, что диаметр ядра не превышает одной сотой доли миллиметра, а длина нити ДНК составляет примерно два метра, становится ясно, что ДНК должна быть упакована очень плотно.

ДНК «упаковывается» и образует хромосомы только во время деления клетки. Но в промежутке между делениями она не просто плавает в ядре клетки: чтобы не запутаться и не порваться, молекула тонкой и длинной нитью, 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»), напротив, характеризуются низким уровнем взаимодействий.

Российские ученые продемонстрировали, что между ТАДами располагаются активные участки генома, содержащие гены, которые работают во всех типах клеток (так называемые гены «домашнего хозяйства»). Особенности хроматина работающих генов оказались достаточными для того, чтобы объяснить, почему такой хроматин просто не может быть уложен в компактные ТАДы. Кроме того, исследователям удалось показать, каким образом ДНК-белковая фибрилла сама укладывается в трехмерную структуру.

Сделанные российскими исследователями выводы могут послужить основой для важных практических разработок: у ученых есть веские основания считать, что ТАДы являются одновременно регуляторными доменами, в рамках которых энхансеры (небольшие участки ДНК, усиливающие экспрессию генов) могут активировать различные тканеспецифичные гены. Соответственно, объединение ТАДов в результате хромосомных перестроек или их разделение может приводить к изменению спектра генов, активируемых тем или иным энхансером, а это может быть причиной возникновения различных заболеваний.

По словам Сергея Разина, знание механизмов образования этих болезней позволит вырабатывать научно обоснованные стратегии их лечения: в настоящее время многие фармацевтические компании уже занимаются активной разработкой так называемых эпигенетических лекарств, способных, например, заставить раковые клетки утратить способность бесконтрольно размножаться.