ТАСС, 17 августа. Ученые выяснили, как именно клетки могут считывать так называемые "молчащие" гены, скрытые внутри плотно намотанных "катушек" ДНК. Оказывается, они используют для этого набор из особых белков, пишет пресс-служба МФТИ со ссылкой на научный журнал Scientific Reports.
"За последние годы внутри гетерохроматина, где находится нечитаемая часть генома, ученые нашли десятки важнейших генов. Мы изучили факторы, которые необходимы для нормальной работы генов, перемещенных в гетерохроматин у разных видов мушек-дрозофил. При этом мы открыли ряд белков, таких как BEAF-32, которые помогают им адаптироваться к работе в такой среде", – пишут исследователи.
Общая длина всех молекул ДНК, которые входят в состав хромосом человека, – около двух метров. Поэтому для того, чтобы они могли поместиться в ядре, наши клетки "сжимают" их нити примерно в 10 тыс. раз. В частности, клетка "наматывает" ДНК на особые молекулярные "катушки", которые состоят из белков. Благодаря этому можно резко уменьшить физические размеры генома. Но есть и негативный эффект: в результате значительная часть нити ДНК оказывается запрятанной внутри этих структур.
Эти сегменты генома ученые называют гетерохроматином. Раньше ученые считали, что он не очень значим для клетки, так как предполагали, что та не может считывать такие участки ДНК. Поэтому биологи считали, что в гетерохроматине нет генов, которые управляют производством каких бы то ни было белков.
Недавно эти представления пошатнулись, так как биологи нашли внутри гетерохроматина мушек-дрозофил несколько десятков генов, которые предположительно жизненно важны для клеток. Возник вопрос: как их клетки считывают эти участки ДНК и как они могли оказаться внутри гетерохроматина.
Сигналы "молчащих" генов
Молекулярные биологи из России, США и Финляндии нашли ответы на некоторые из этих вопросов. В своей новой работе они изучали устройство подобных "молчащих" генов в ДНК нескольких видов мушек-дрозофил.
Для этого ученые специально выбрали максимально далекие друг от друга виды насекомых, у которых подобные гены значительно отличались. К примеру, у мушек вида Drosophila melanogaster гены RpL15 и Dbp80 находятся внутри гетерохроматина, тогда как у дрозофил вида Drosophila pseudoobscura они расположены в так называемом эухроматине – "открытой" части генома, с которой клетка может беспрепятственно работать.
Сравнивая структуру и окружение этих генов, ученые надеялись понять, почему такие участки ДНК оказывались внутри гетерохроматина и как они сохраняли работоспособность. Оказалось, что рядом с этими генами находятся инсуляторы – последовательности ДНК, с которыми связываются специальные инсуляторные белки, такие как молекулы BEAF-32.
Они выполняют множество разных функций, в частности, эти белки мешают гетерохроматину "расползаться" на те гены, рядом с которыми есть подобные метки, а также блокируют некоторые сигналы, которые исходят от геномного окружения. Сравнение геномов мушек, которые отделены друг от друга десятками миллионов лет раздельной эволюции, показало, что эти "молчащие" гены сохраняют работоспособность, попав в неблагоприятную "среду обитания", то есть в гетерохроматин.
"Кроме того, мы показали, что большинство гетерохроматиновых генов связано не с одним, а со многими инсуляторными белками. Они, возможно, компенсируют функцию друг друга и обеспечивают нормальное функционирование связанных с ними генов в условиях гетерохроматинового окружения", – подытожил один из авторов работы, научный сотрудник Института молекулярной биологии РАН Сергей Фуников.