Ученые из "Сколтеха" выяснили, зачем клетка строит "заборы" внутри ядра

МОСКВА, 3 апр – РИА Новости. Российские молекулярные биологи выяснили, что так называемая ламина, своеобразный белковый "каркас" ядра клетки, играет важную роль в упаковке ее ДНК, распределяя хромосомы особым образом внутри него. Их выводы были представлены в журнале Nature Communications.

«

"Мы с коллегами из Института Биологии Гена РАН поставили эксперимент – разрушили ядерную ламину в клетках дрозофилы. Мы проверили, как это влияет на упаковку хромосом внутри клеточного ядра", — рассказывает Екатерина Храмеева, научный сотрудник Сколковского института науки и технологий.

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 физиков.

Этот клубок, напоминающий по своей структуре брикет лапши быстрого приготовления, как предположили советские физики еще в 1988 году, представляет собой так называемый фрактальный клубок. Так ученые называют особую математическую структуру из пересекающихся кривых, чьи завитки повторяют, как и все фрактальные объекты, форму всей хромосомной нити.

Биологи уже много десятилетий изучают структуру этой ДНК-"лапши", пытаясь понять, как именно упаковка генома влияет на его считываемость и как нарушения в ее работе способствуют развитию рака и других тяжелых болезней.

Как передает пресс-служба "Сколтеха", Храмеева и ее коллеги раскрыли один из самых значимых факторов, управляющих процессом "упаковки" хромосом в клубок из переплетенных нитей ДНК, изучая работу так называемой ламины.

Она представляет собой особый белковый каркас, жесткую сеть из соединенных друг с другом белковых волокон трех разных типов. Они соединяются с нитями ДНК и с внутренним слоем молекул в оболочке ядра, скрепляя их между собой и укладывая геном внутри него особым образом.

То, зачем клетка окружает хромосомы подобным белковым "забором", ученые не знали, однако повреждение одного из генов, LMNA, отвечающих за его сборку, приводит к развитию прогерии, болезни, заставляющей тело человека стареть в десятки раз быстрее нормы.

Российские молекулярные биологи попытались раскрыть его функцию, разрушив ламину в клетках обычных лабораторных мушек-дрозофил и пометив их хромосомы при помощи светящихся красок. Наблюдая за их свечением, исследователи проследили за "миграциями" хромосом и изменениями в жизнедеятельности клетки.

Эти опыты показали, что удаление белкового "забора" сделало клубок из нитей ДНК более плотным и однородным, а активность некоторых генов при этом значительно выросла. Эти участки ДНК, как выяснили ученые, раньше находились в тех точках, где нити ламины присоединялись к хромосомам и формировали своеобразные "узлы" с высокой плотностью упаковки.

«

"Наши коллеги с физфака МГУ сделали компьютерные симуляции и показали, что одного контакта с ядерной ламиной достаточно для того, чтобы глобулы хроматина уплотнялись. Получается, ламина делает более конденсированными те участки хромосом, с которыми она непосредственно соприкасается, но при этом уменьшает общую плотность упаковки хромосом в ядре", — продолжает Храмеева.

Иными словами, ламина не повышала плотность упаковки ДНК, а наоборот, растягивала некоторые ее участки и делала ее менее однородной. Как предполагают ученые, подобным образом клетки отключают "ненужные" или опасные гены, способные вызвать рак, а также повышают стабильность всего "клубка" хромосом.