Учёные разгадали тайну хромосом: метод LoopTrace продемонстрировал, как конденсины образуют структуры ДНК

Учёными под руководством Андреаса Бруннера (Andreas Brunner) из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге было представлено детализированное описание трансформации ДНК в компактные хромосомы в процессе клеточного деления. Это стало возможным благодаря новаторскому методу визуализации LoopTrace, разработанному совместно с Кайем Беквитом (Kai Beckwith), который сейчас является доцентом Норвежского университета науки и технологий. Впервые учёные сумели поэтапно проследить сворачивание и укладку ДНК в петли, образующие характерные стержневидные структуры.

Клеточное деление — процесс, жизненно важный для существования: он обеспечивает рост, репарацию тканей и обновление организма. При этом требуется, чтобы каждая клетка точно удвоила свой генетический код и распределила 46 хромосом между дочерними клетками. Ошибки в этом процессе способны привести к раковым заболеваниям или генетическим отклонениям. До недавнего времени учёные не могли точно осознать, как гигантские молекулы ДНК превращаются в хромосомы. Старые методы визуализации были недостаточно точными: высокие температуры разрушали естественную структуру ДНК, искажая данные. Современная технология LoopTrace изменяет ситуацию: она позволяет бережно извлечь ДНК и наблюдать её в текущем времени с нанометровой точностью.

Ключевую роль в этой динамичной трансформации играют белки-конденсины, обнаруженные ещё в 1990-х годах. Они выступают в качестве «молекулярных организаторов», улавливая ДНК и формируя сначала крупные петлевые структуры, а затем более мелкие вложенные элементы. Исследователи установили, что эти петли взаимно отталкиваются, создавая плотную, но организованную архитектуру хромосом. Именно такой двухступенчатый процесс — от крупных петель к меньшим, отталкивающимся структурами — обеспечивает компактность и готовность хромосом к распределению. Чтобы подкрепить свои гипотезы, команда разрабатывала компьютерную модель, в точности воспроизводящую форму хромосом, что подтвердило их теории.

Нарушение деятельности конденсинов, как выяснили ученые, может вызывать «конденсинопатии» — редкие заболевания, связанные с аномалиями хромосом. В будущем EMBL планирует исследовать влияние других молекул на данный процесс, что может привести к созданию новых методов лечения рака и генетических заболеваний.

Источник: iXBT