Ученые из Японии провели математический анализ и вывели формулу, которая может описать движение ДНК в живой клетке человека. С помощь этих вычислений ученые смогут определить объемную архитектуру человеческого генома. Результаты они опубликовали в статье в PLOS Computational Biology, сообщает пресс-служба университета Хиросимы.
ДНК часто представляется стабильным кодом, но реально это активная молекула, которая движется по клетке и меняет форму. Ученые умеют секвенировать геном и им нужны знания о 3D-архитектуре, чтобы понять, как клетки используют генетический код.
Во время роста клетки ДНК хранится в виде нитки, как бы намотанной на катушку. Некоторые ее части (эухроматины) не очень туго смотаны и поэтому доступны для клеточного механизма, который превращает ДНК в белок. Другие области туго смотаны — это гетерохроматины. Когда клетка готова разделиться, она пакует весь хроматин в плотно скученную X-хромосому.
«Наши вычисление рассматривает фрактальные измерения ДНК и показывают, как туго она упакована в клетке. Способ упаковки может указывать на то, как клетка использует некоторые гены», — приводятся в пресс-релизе слова Сойи Шинкай (Soya Shinkai), доцента Университеты Хиросимы и первого автора статьи.
Вдоль нити хроматина, через равные промежутки, лежат бочковидные комплексы ДНК-белков под названием нуклеосомы. Ученые наблюдали движение нуклеосомы вокруг клетки, чтобы увидеть, где и как хранится хроматин. Они пометили нуклеосомы флюоресцентными метками и сняли во время фазы роста клетки. Затем они использовали теории полимерной физики, чтобы оценить движение нуклеосом.
«Каждую секунду 10-нанометровая нуклеосома может передвинуться на 100 нанометров. Постоянные малые силы внутри клетки заставляют хроматин активно двигаться», — пояснила Шинкай. Перед тем как клетка использует ген, ДНК должна полностью растянуться. Области хроматина, содержащие часто используемые гены, свернуты менее туго. Визуальная модель того, как хроматин упакован внутри клетки, позволит ученым понять, какие гены доступны более или менее часто, и как геном организован физически.
«Мы обсчитали локальные структуры хроматина, но наш метод можно применить на все хромосомы. Эти формулы теоретически показывают, как интерпретировать визуальные данные фото ДНК, движущихся внутри клетки», — сказал Юичи Тогаши (Yuichi Togashi), соавтор исследования.
В дальнейшем авторы работы начнут искать новую микроскопическую технику и технологии мечения ДНК, чтобы наглядно видеть движения отдельных нуклеосом в течение длительного периода времени.
ДНК — это объект массированных исследований, поскольку там кроется ключ к лечению многих заболеваний, в том числе рака. К примеру, ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова, недавно открыли новый механизм починки ДНК.
[Фото: Снимки движений ДНК внутри клетки. Белые точки — это нуклеосомы / Tadasu Nozaki и Kazuhiro Maeshima]
