Биологи раскрыли детали структуры и динамики нуклеосом на синтетической ДНК
Сотрудники биологического факультета МГУ совместно с коллегами из Совместного российско-китайского университета МГУ-ППИ в Шэньчжэне определили структуру нуклеосомы, содержащей синтетическую последовательность ДНК Widom 603. Исследователи применили криоэлектронную микроскопию и малоугловое рентгеновское рассеяние, чтобы изучить особенности формирования нуклеосом на искусственной ДНК и процесс отделения ДНК от гистоновых белков. Результаты показали асимметричность этого процесса. Работа поможет лучше понять механизмы регуляции генов и разработать методы направленного воздействия на генетический аппарат клетки. Исследование опубликовано в журнале Structure.
Нуклеосомы — ключевые элементы упаковки ДНК в клетке. Они не только уплотняют геном, но и регулируют активность генов, определяя, какие участки ДНК доступны для считывания. Положение нуклеосом и степень их компактизации напрямую влияют на эффективность транскрипции. Несмотря на то что сегодня известно более 500 структур нуклеосом, большинство из них получены на одном и том же наборе из примерно 20 последовательностей ДНК.
«Нуклеосомы играют важную роль в регуляции работы генома, и их свойства сильно зависят от последовательности ДНК, на которой они формируются. Для изучения этого влияния критически важно использовать синтетические последовательности, которые не встречаются в природе, — они позволяют создавать сверхстабильные нуклеосомы. Для некоторых таких последовательностей структуры уже известны, а мы расширили этот список: получили структуру с разрешением, достаточным для точного определения взаимного расположения ДНК и гистонов на одной из ключевых модельных последовательностей — Widom 603», — рассказал Григорий Армеев, ведущий научный сотрудник кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ.
Ученые использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы получить трехмерную структуру нуклеосомы с высоким разрешением, и разработали новый подход к обработке данных. Обычно крио-ЭМ плохо подходит для изучения высокоподвижных образцов, но в этом случае исследователям удалось зафиксировать спектр различных состояний раскручивания ДНК. Результаты были дополнительно подтверждены методом малоуглового рентгеновского рассеяния на синхротронном источнике в Курчатовском институте. Анализ также выявил асимметричность процесса: один конец синтетической ДНК отделяется от гистонов легче, чем другой.
«Нам удалось использовать особенность образца: значительная часть нуклеосом в препарате была одинаково ориентирована. Эта особенность позволила провести классификацию частиц и продемонстрировать ступенчатое раскручивание ДНК. Мы даже смогли определить момент потери одной пары гистонов. Интересно, что раскручивание на этой последовательности ДНК происходит асимметрично — это важно для понимания транскрипции: РНК полимеразе проще проходить сквозь нуклеосому, которая легко раскручивается с той стороны, к которой она подошла», — пояснила Ольга Соколова, профессор кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ.
Результаты исследования могут быть полезны для разработки методов направленного воздействия на хроматин, например, в терапии заболеваний, связанных с нарушениями упаковки ДНК. В дальнейшем авторы планируют изучить формирование нуклеосом на других последовательностях ДНК, чтобы выявить общие закономерности их влияния на структуру.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: TyliJura / Pixabay
Разместила: Наталья Сафронова