Секреты образования петель ДНК могут дать нам преимущество в борьбе с раком

Как клетка упаковывает свою мешанину генетических данных в аккуратные хромосомы для деления? В конце концов, ДНК в наших клетках простирается примерно на два метра в длину и должна уместиться в ядре размером примерно в 1/50 крупинки соли. Как, черт возьми, ему удается распутать этот клубок, прежде чем он разделится на две части?

Новое исследование пролило свет на этот процесс, засняв на видео белковый комплекс, называемый конденсином, когда он вытягивает петли из ДНК.

Предыдущие исследования предположили, что конденсин действует как крошечный мотор, создавая петли в ДНК; идея состоит в том, что многие из этих складок позволяют клетке уплотнять свой геном для распределения между дочерними клетками. Однако до сих пор эта роль не доказана. Выделив молекулу ДНК и тщательно ориентируя ее с помощью конденсинового комплекса под микроскопом, ученые из Института Кавли Делфтского университета и EMBL Гейдельбера засняли белок в действии.

«Техника может показаться очень простой («Просто представьте себе ДНК и конденсацию»), но она далеко не тривиальна», — говорит профессор Сис Деккер, руководитель исследовательской группы на кафедре бионауки в Делфте. Альфр. «Необходимо получить изображение ДНК без слишком большого количества фотоповреждений.

«Когда вы освещаете ДНК, чтобы сделать ее видимой, этот свет также может вызвать повреждение (так называемое фотоповреждение) и, следовательно, разрушить ДНК. Так произошло, например, когда восемь лет назад мы начали исследование с использованием более стандартного цветного красителя, который мог порезать и разрушить ДНК за считанные секунды».

Махипал Ганджи, постдок из группы Сиса Деккера в Делфте, объясняет, что первым шагом в новом процессе визуализации было фиксация двух концов молекулы ДНК на поверхности и тщательное нанесение цветного красителя: перпендикулярно молекуле, мы ориентировали ДНК в U-образной форме и помещали ее в фокальную плоскость нашего микроскопа. Удивительно, но затем мы смогли увидеть единственную конденсиновую связь и начать вытягивать петлю».

По словам Деккера, отснятый материал «решает спор» о способности конденсина образовывать петли в ДНК. Команда также заметила, что раскачивание асимметрично: конденсин тянет ДНК только с одной стороны от точки закрепления. Процесс формирования петли требует лишь небольшого количества АТФ для питания конденсина, что позволяет предположить, что белковый комплекс тянет ДНК не основание за основанием, а большими кусками. Крошечный мотор делает это удивительно быстро, наматывая до 1500 пар оснований в секунду.

Полученные результаты позволяют не только прояснить фундаментальный механизм митоза и мейоза, но и могут быть использованы для лечения медицинских проблем, связанных с семейством белков, частью которых является конденсин, известных как белки SMC. Как объясняет Деккер, это может помочь нам лучше понять, как бороться с раком:

«Белки SMC имеют решающее значение для организации хромосом. Нарушение правильного распределения хромосомного материала по дочерним клеткам связано с раком. Таким образом, базовое понимание белков SMC лежит в основе понимания разрушительных процессов, которые приводят к раку. Более конкретно, мутации в белках SMC связаны с наследственными заболеваниями, такими как синдром Корнелии де Ланге».

Результаты Института Кавли Делфтского университета и EMBL Heidelber опубликованы сегодня в журнале. Наука.

Изображение предоставлено: Cees Dekker Lab TU Delft/Scixel