Молекулярные биологи из США получили первую детальную трехмерную карту генома, на которой можно увидеть, как расположены все известные гены и участки "мусорной" ДНК внутри ядра живой клетки. Она была представлена в статье в Journal of Cell Biology.
"Мы пока не понимаем, почему ДНК уложена в ядре подобным образом. С другой стороны, уже сейчас можно сказать, что даже небольшие сдвиги хромосом, на несколько сотен нанометров в ту или другую сторону, могут сильно влиять на уровень активности генов", — рассказывает Эндрю Бельмонт (Andrew Belmont) из университета Иллинойса в Урбане (США).
Вопреки представлениям обывателей, хромосомы приобретают характерную Х-образную форму и становятся хорошо заметными в микроскоп только во время деления клетки. Во время интерфазы, периода спокойствия, они теряют свою форму и превращаются в своеобразный клубок из тесно переплетенных нитей, чей "формат" упаковки и сам факт существования вызывает большой интерес со стороны биологов и физиков.
Этот клубок, напоминающий по своей структуре брикет лапши быстрого приготовления, как предположили советские ученые еще в 1988 году, представляет собой так называемый фрактальный клубок – особую математическую структуру из пересекающихся кривых, чьи завитки повторяют, как и все фрактальные объекты, форму всей хромосомной нити.
Молекулярные биологи, как отмечает Бельмонт, давно пытаются "распутать" его и понять, зачем клетка упаковывает генетический код подобным образом и как расположены внутри него различные гены, жизненно важные для функционирования всех тканей тела.
Его команда смогла решить эту задачу, воспользовавшись тем, что в ядре присутствует большое количество так называемых "спеклов" – плотных шарообразных структур РНК и белков, разделяющих отдельные нити "клубка" хромосом. Они, как сегодня считают ученые, играют важную роль в чтении генов, однако их точную роль еще предстоит раскрыть.
Бельмонт и его коллеги поменяли геном человеческих клеток таким образом, что внутри спеклов начали накапливаться молекулы особого фермента, пероксидазы хрена.
Он одновременно исполняет две задачи – "подсвечивает" нити хромосом, окисляя различные органические соединения, и помечает отдельные гены при помощи тирамида, одной из вырабатываемых им молекул. Как правило, чем ближе ген находится к спеклу, тем больше тирамидовых меток появится на его поверхности.
Подобный трюк, как объясняет биолог, позволяет не только получить точную трехмерную фотографию "клубка" хромосом, но и узнать, какие гены находятся в произвольной точке этой структуры. Для этого достаточно извлечь ДНК из клетки, расшифровать ее структуру и подсчитать число меток на поверхности каждого гена.
Опираясь на подобные идеи, генетики получили полноценные трехмерные фотографии хромосом в ядре раковых клеток, извлеченных из организма людей, страдавших от лейкемии.
Первый же анализ этих снимков, как отмечает Бельмонт, неожиданно указал на то, что активность генов не зависит от того, как близко к центру ядра они находятся, о чем говорили прошлые попытки распутать "хромосомный клубок". На самом деле, самые "читаемые" гены расположены неподалеку от спеклов и других полостей, причины чего еще предстоит выяснить.
По информации https://ria.ru/science/20180828/1527379628.html
Обозрение "Terra & Comp".
