Секрети петлі ДНК можуть дати нам перевагу в боротьбі з раком

Як клітина збирає набір генетичних даних у акуратні хромосоми для поділу? Зрештою, ДНК у наших клітинах досягає приблизно двох метрів у довжину і має поміститися в ядро ​​розміром приблизно в 1/50 розміру крупинки солі. Як йому вдасться влаштувати цей клубок перед тим, як розділити надвоє?

Нове дослідження пролило світло на процес, знявши білковий комплекс під назвою конденсин, коли він витягує петлі з ДНК.

Попередні дослідження висунули теорію про те, що конденсин діє як крихітний двигун для створення петель у ДНК; ідея полягає в тому, що багато з цих складок дозволяють клітині ущільнювати свій геном для розподілу між дочірніми клітинами. Однак досі ця роль не була доведена. Виділивши молекулу ДНК і ретельно орієнтувавши її за допомогою конденсинового комплексу під мікроскопом, вчені з Інституту Кавлі Делфтського університету та EMBL Heidelber зняли білок у дії.

«Техніка може здатися дуже простою («Просто зобразіть ДНК і конденсин»), але вона далеко не тривіальна», — розповідає Альфру професор Сіс Деккер, керівник дослідницької групи відділу біонауки в Делфті . «Потрібно отримати зображення ДНК без надмірних пошкоджень фото.

«Коли ви освітлюєте ДНК, щоб зробити її видимою, це світло також може спричинити пошкодження (так звані фотопошкодження) і, отже, розбити ДНК. Це сталося, наприклад, коли ми розпочали це дослідження вісім років тому з більш стандартним кольоровим барвником, який розривав і руйнував ДНК за лічені секунди».

Махіпал Ганджі, постдоктор групи Cees Dekker у Делфті, пояснює, що першим кроком у новому процесі візуалізації було закріплення двох кінців молекули ДНК на поверхні та обережне нанесення кольорового барвника: «Потім застосовуючи потік рідини перпендикулярно до молекули, ми зорієнтували ДНК у U-подібній формі та помістили її у фокальну площину нашого мікроскопа. Дивовижно, але тоді ми могли побачити, як єдиний конденсин зв’язується і починає видавлювати петлю».

Див 

Вчені використали CRISPR для зберігання GIF-файлу в ДНК живої клітини

За словами Деккера, кадри «вирішують дискусію» про здатність конденсина утворювати петлі в ДНК. Команда також помітила, що обертання є асиметричним, коли конденсин тягне ДНК лише з одного боку своєї опорної точки. Процес циклу вимагає лише невеликої кількості АТФ для підживлення конденсину, що свідчить про те, що білковий комплекс не тягне ДНК за основою, а великими шматками. Крихітний двигун робить це надзвичайно швидко, намотуючи до 1500 пар основ за секунду.

Отримані результати дозволяють не тільки з’ясувати фундаментальний механізм мітозу та мейозу, але й можуть бути використані для лікування медичних проблем, пов’язаних із сімейством білків, до складу яких входить конденсин, відомих як білки SMC. Як пояснює Деккер, це може допомогти нам краще зрозуміти, як боротися з раком:

«Білки SMC мають вирішальне значення для організації хромосом. Порушення правильного розподілу хромосомного матеріалу в дочірніх клітинах пов'язане з раком. Таким чином, базове розуміння білків SMC лежить в основі розуміння руйнівних процесів, які призводять до раку. Зокрема, мутації в білках SMC пов’язані зі спадковими захворюваннями, такими як синдром Корнелії де Ланге».

Висновки Інституту Кавлі Делфтського університету та EMBL Heidelber опубліковані сьогодні в журналі Science .

Автор зображення: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel