Може здатися, що структура хромосоми давно і детально досліджена: в кожному підручнику можна знайти покрокові ілюстрації того, як клітці вдається "утрамбувати" два метри хромосомної ДНК в крихітному клітинне ядро. Перший етап огортання нитки ДНК на шайбообразние комплекси білків гістонів. Але отримані ДНК-білкові "буси" потрібно якось ужимать особливо якщо мова йде про розподілі клітини, коли вся ДНК максимально ущільнюється і хромосоми набувають більш-менш оформлений зовнішній вигляд. Подальші етапи компактизації удосталь ілюструються навчальними картинками, але, за словами Леоніда Мирного (Leonid Mirny) з Массачусетського технологічного інституту (США), такі зображення показують лише різноманіття моделей компактизации хромосом. Ну а моделі ці начебто запевняють нас у тому, що про згортання ДНК в ядрі все давно відомо, однак найчастіше це лише умоглядні гіпотези.

Щоб зрозуміти, яка з моделей підходить до реальних хромосомами, Леонід Мирний і його співробітники об'єдналися з лабораторією Джоба Деккера (Job Dekker) з Медичного центру Массачусетського університету (США), щоб скористатися створеної там спеціальною методикою Hi-C. Вона дозволяє оцінити, наскільки близько один від одного розташовуються різні області в ДНК. По тому, як часто та чи інша область ДНК зустрічається з іншими, можна дізнатися, як "ужата" вся молекула.

Модель хромосоми людини, згорнулася перед поділом: петлі ДНК, приєднані до загальної платформі-осі, виділені синім, червоним і фіолетовим. (Ілюстрація авторів роботи.)
При цьому дослідники спиралися на свою ранню роботу, в якій показали, що ДНК майже весь час проводить у стані так званої фрактальної глобули, не утворюючи сплетінь, петель та вузлів. Це стан порушується тільки перед поділом. Крім того, тоді за допомогою методу оцінки взаімоположенія фрагментів ДНК вдалося визначити, що гени, які використовуються клітиною найчастіше, зближуються один з одним, утворюючи області з полегшеним доступом, а маловикористовувані гени збираються в більш упаковані кластери. Якщо врахувати, що різні типи клітин переважно використовують різні гени, то можна було б очікувати, що структура хромосоми буде варіюватися від клітини до клітини.

У новій статті, опублікованій в Science, дослідники описують тривимірне будова хромосоми в той момент, коли клітина збирається ділитися. У цей час будь-яка специфіка в будові хромосом зникає, і вони приймають ту форму, яка зручна для апарату поділу. Однак, як відзначають автори роботи, притому що хромосоми схожі один на одного, якщо їх порівнювати цілком, на рівні окремих зон, їх структура може розрізнятися. Тобто у однієї хромосоми якусь ділянку буде Сконденсувати так, а в іншої той же ділянку ось сяк.

В цілому ж в компактизации хромосоми все розкладається на дві дії випетліваніе та освіта осі компактизации. Спочатку на хромосомі утворюються петлі, що складаються з 80 - 120 тисяч пар нуклеотидів. Кінці петлі зсуваються і формують щось на зразок платформи з ДНК і додаткових "платформних" білків. Оскільки петель багато, їх заснування в підсумку утворюють вісь, на якій ці петлі бовтаються. Зрозуміло, що в результаті такої операції довга нитка хромосоми сильно коротшає: вийшла вісь помітно коротше "цельнодлінной" хромосоми.

Нещодавно група дослідників з Північно-Західного університету (США) повідомила, що за випетліваніе ДНК в момент компактизации хромосом відповідають особливі білки конденсіни. У найближчому майбутньому Леонід Мирний, Джоб Деккер та їхні колеги збираються об'єднатися з цим колективом, щоб остаточно прояснити молекулярний механізм першій стадії компактизации хромосом перед поділом.

Що ж до другої стадії, коли ці бовтаються петлі починають якось ущільнюватися навколо осі, то тут дослідники поки мало що знають, хоча в загальних рисах дії хромосоми зрозумілі. Залишається сподіватися, що пристрій хромосом перестане бути чистою теорією в самому найближчому майбутньому, оскільки без точної інформації про те, як поводиться ДНК на різних етапах життя клітини, не можуть обійтися ні генетика, ні епігенетика, ні інші галузі молекулярної і клітинної біології.

Підготовлено за матеріалами MIT News. Зображення на заставці належить Shutterstock.

Читайте також: Ситуації: добірка ДТП з відеореєстраторів

Цікавий факт

Розташовані в штаті Вашингтон North Cascades часто називають Американськими Альпами.