Российские учёные описали, как формируются петли ДНК внутри ядер клеток

Исследователи из России и Германии разработали физическую теорию, описывающую процесс формирования большинства крупных петель ДНК внутри клеток и связывающую его с работой белка когезина.

Как сообщила пресс-служба «Сколтеха», этот подход поможет учёным раскрыть связи между болезнями и сбоями в пространственной организации генома.

Геном человека состоит из нескольких хромосом — сверхдлинных нитей ДНК, упакованных плотным образом внутри ядра клетки. Несмотря на высокую плотность упаковки, напоминающей своеобразный «брикет лапши», клетка сохраняет способность считывать гены и регулировать их активность. Учёные давно интересуются тем, как геном устроен в трёхмерном виде, как клетка его сворачивает и разворачивает и какие физические принципы управляют этим процессом, сообщает ТАСС.

Старший преподаватель «Сколтеха» Кирилл Половников пояснил, что долгое время считалось, что основная роль когезина сводится к удержанию копий хромосом после репликации. Однако работа учёных показывает, что одиночные комплексы когезина на протяжении большей части жизни клетки активно организуют трёхмерную структуру генома, формируя петли из длинных участков ДНК.

Существующие экспериментальные методы часто вносят искажения в считываемую трёхмерную структуру генома, что порождает дискуссии о его реальной форме. В частности, исследователи не были уверены, сколько молекул когезина необходимо для формирования крупных петель ДНК. Российские учёные создали компьютерную модель на основе методов полимерной физики, которая описывает процесс формирования петель и учитывает возможные искажения в экспериментальных данных.

Расчёты показали, что 60–70 процентов всей ДНК в клетке находится внутри петель, каждая из которых образуется в среднем одним молекулярным мотором. Эти результаты подтвердились при изучении реальных петель ДНК из человеческих и мышиных клеток. Понимание этого процесса поможет учёным точнее моделировать аномалии в структуре генома и раскрывать их роль в развитии опухолей и хронических заболеваний.