Российские ученые раскрыли суть механизмов самоорганизации в живой клетке

Хромосома — это структура, которая находится в клеточного ядра и несет в себе солидную часть генетической информации, неся ответственность за ее хранение, реализацию и передачу. Хромосома образуется из одной весьма долгой молекулы ДНК, являющейся двойную цепочку из множества генов. В случае если учесть, что

диаметр ядра не превышает одной сотой доли миллиметра, а протяженность нити ДНК образовывает приблизительно два метра, делается ясно, что ДНК должна быть упакована весьма хорошо.

Российские ученые раскрыли суть механизмов самоорганизации в живой клетке

Язык генов сложнее человеческого

Генетический код человека складывается из «слов», каковые соединяются между собой в соответствии с определенным «грамматическим правилам»…

ДНК «упаковывается» и образует хромосомы лишь на протяжении деления клетки. Но в промежутке между делениями она не просто плавает в ядре клетки: дабы не запутаться и не порваться, молекула узкой и долгой нитью, как будто бы на катушку, наматывается на особые белки — гистоны, а после этого сворачивается и находится так, что кое-какие участки нити ДНК находятся близко друг к другу и взаимодействуют. Такие «плотные» области именуют топологически ассоциированными доменами, либо ТАДами. Области, расположенные между ТАДами («интер-ТАДы»), наоборот, характеризуются низким уровнем сотрудничеств.

Несколько русских исследователейпод руководством Сергеем Разиным (заведующий кафедрой молекулярной биологии биологического факультета Столичного национального университета имени М.В. Ломоносова, член РАН), изучала, как нитевидные ДНК-протеиновые фибриллы хроматина укладываются в трехмерные структуры — ТАДы и интер-ТАДы. Результаты работы ученых были размещены в издании Genome Research (импакт-фактор — 13,852), помимо этого, о них в собственной обзорной статье информирует издание Nature Reviews направляться.

Отделу науки «Газеты.Ru» удалось пообщаться с Сергеем Разиным, ведущим автором размещённой в издании Genome Research научной статьи. Ученый поведал о подробностях работы и о том, из-за чего полученные результаты очень ответственны для развития всемирный генетики.

— Сергей Владимирович, поведайте, прошу вас, какую роль делают расположенные в хромосоме топологически ассоциированные домены — ТАДы? В чем заключаются их отличия от регионов, расположенных между ними?

— В ядре любой клетки человека, имеющем диаметр в среднем около 10 микрон, заключено сделку 2 метра ДНК. Ясно, что эта ДНК должна быть компактно уложена. Главная неприятность содержится в том, что, не обращая внимания на большой уровень компактизации генома в целом, транскрипционно-активные области должны быть доступны для разных ферментов и белковых факторов, осуществляющих транскрипцию.

Ранее рядом авторов было показано, что геномы дрозофилы и млекопитающих организованы в компактные топологически ассоциированные домены — ТАДы, поделённые некими пограничными участками.

Российские ученые раскрыли суть механизмов самоорганизации в живой клетке

Сергей Разин Размещение топологически ассоциированных доменов (ТАД) в ядре клетки

Природа этих пограничных участков оставалась неясной. Большая часть авторов вычисляло, что само существование этих границ между компактными доменами обусловлено присутствием особенных «разделительных» геномных элементов — инсуляторов, механизм действия которых никто растолковать не имел возможности. Мы показали, что между ТАДами находятся активные участки генома, которые содержат гены, каковые трудятся во всех типах клеток (так именуемые гены «домашнего хозяйства»). Особенности хроматина трудящихся генов были достаточными чтобы растолковать, из-за чего таковой хроматин просто не может быть уложен в компактные ТАДы. Прямой ответ на поставленный вами вопрос пребывает в том, что ТАДы являются хранилищами невостребованной в данном типе клеток генетической информации — в основном тканеспецифичных генов, трудящихся лишь в определенных типах клеток. Активация транскрипции таких генов ведет к декомпактизации ТАДов — превращению их в интер-ТАДы.

Российские ученые раскрыли суть механизмов самоорганизации в живой клетке

«Нобель» за ремонт ДНК

Нобелевская премия по химии 2015 года была присуждена за исследования изучения способов восстановления ДНК шведу Томасу Линдалю и американцам…

— А в чем содержится сущность вашего открытия?

— С концептуальной точки зрения главное значение отечественной работы содержится в том, что мы показали, как линейная фибрилла хроматина сама укладывается в трехмерную структуру. Это есть яркой демонстрацией работы механизмов самоорганизации в живой клетке. Эта концептуальная составляющая работы отыскала отклик среди сотрудников во всем мире. Без преувеличения возможно заявить, что тут полностью русский работа была на пике мировых изучений.

В геномике таких «прорывных работ», выполненных в Российской Федерации, не было уже много лет.

Это произошло среди них и благодаря междисциплинарному характеру авторского коллектива (биологи, биоинформатики, физики; очень важное для подтверждения выводов работы компьютерное моделирование произошло благодаря наличию в МГУ супервычислителя «Ломоносов»).

Какое продолжение может взять ваша работа?

— Каждая хорошая работа является платформой для предстоящих изучений. Отечественная работа не есть исключением. Уже на данный момент в прогрессе множество проектов, направленных на уточнение отечественной модели и получение новых информации о том, как взаимосвязаны структурная и функциональная организация генома эукариотической клетки.

— Какое использование на практике смогут иметь сделанные вами выводы — быть может, в будущем они смогут использоваться в медицине либо в каких-либо генетических изучениях?

Российские ученые раскрыли суть механизмов самоорганизации в живой клетке

Финиш начала расшифровки генома

Ключ к лечению рака, несвертываемости крови, болезни Альцгеймера и многих вторых болезней был взят на протяжении масштабного семилетнего проекта по…

— Луи Пастер в свое время сказал о том, что не существует никакой прикладной науки. Имеется (фундаментальная) наука и ее практические приложения. Новые знания о том, как трудится генетический аппарат живой клетки, непременно будут преобразованы в практические ответы. В нашем случае имеется веские основания вычислять, что ТАДы являются в один момент регуляторными доменами, в рамках которых энхансеры (маленькие участки ДНК, усиливающие экспрессию генов. – «Газета.Ru») смогут активировать разные тканеспецифичные гены. Соответственно, объединение ТАДов в следствии хромосомных перестроек либо их разделение может приводить к трансформации спектра генов, активируемых тем либо иным энхансером (суперэнхансером).

Это возможно обстоятельством происхождения разных болезней (онкологических болезней, таласемий, нейродегенеративных болезней и т.д.).

Знание механизмов происхождения тех либо иных болезней разрешит производить научно обоснованные стратегии их лечения. Помимо этого, на данный момент многие фармацевтические компании деятельно разрабатывают так именуемые «эпигенетические лекарства», талантливые, к примеру, возвратить раковые клетки на путь обычной дифференцировки (т.е. вынудить их потерять свойство бесконтрольно размножаться). Эта работа на данный момент в значительной степени делается наудачу (анализируется эффект разных соединений на работу эпигенетических механизмов). С тем дабы сделать поиск таких лекарств более осмысленным, нужно осознать, как трудятся эпигенетические совокупности контроля транскрипции генов. На данный момент ясно, что эти совокупности воздействуют на метод упаковки ДНК в хроматине. Соответственно, раскрытие правил трехмерной организации хроматиновой фибриллы есть предпосылкой для понимания механизмов работы эпигенетических совокупностей, а значит, и для разработки стратегий направленного влияния на работу этих совокупностей.

Самоорганизация в полимерных совокупностях — Алексей Хохлов


Читать также:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: