Совместно с исследователями из США учёные МГУ имени М.В. Ломоносова исследовали способы упаковки ДНК в клеточном ядре и их изменение в процессе репликативного синтеза. Считается, что характер упаковки ДНК оказывает существенное влияние на работу генов и является одним из механизмов эпигенетического контроля генной экспрессии.

Статья опубликована в высокорейтинговом журнале Current Biology.

ДНК в составе хромосом чрезвычайно плотно и сложно упакована, и традиционно считалось, что для осуществления процессов матричного синтеза (транскрипция и репликация) эта упаковка мешает и должна быть нарушена в масштабе довольно больших по размеру хроматиновых доменов. Идентифицировать эти домены и проанализировать их структурную организацию с высоким пространственным разрешением, не нарушив при этом их естественной структуры, было достаточно сложно.

Так, 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 недеструктивные 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 можно увидеть и в оптический, и в электронный микроскоп».

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

Используя данный подход, учёные сделали два неожиданных наблюдения. Во-первых, «работающий» хроматин, вопреки традиционным представлениям, 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 неё, а не являться фиксированными, взаимодействуя с той ДНК, которая ещё не удваивалась и «помнит всё», а также содержит необходимые молекулярные компоненты для восстановления утраченной эпигенетической информации», – рассказывает один из авторов статьи, заведующий отделом электронной микроскопии НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ, доктор биологических наук Игорь Киреев.

Другой вывод состоит в том, что структурная организация генома не является жёсткой иерархией. Конечно, есть некие последовательные уровни организации ДНК. Раньше думали, что должна быть чётко зафиксированная система, которая однозначно приводит к формированию хромосом. Сейчас оказывается, что всё может быть по-другому.

Учёные надеются вплотную приблизиться к расшифровке принципов пространственной организации ДНК, используя прямые методы анализа при помощи визуализации способов упаковки хроматина с высоким разрешением. В практическом плане исследования позволят выяснить структурные аспекты эпигенетического контроля генной экспрессии и, возможно, подсказать пути его регулирования, что позволит разрабатывать более эффективные подходы для терапевтических воздействий, например, при борьбе с раком и старением – состояниями, в которых очень ярко выражена «эпигенетическая» компонента.

Источник: http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=124448#.WDB4frKLTIU