Спагетти
Это крупное открытие разрешает горячие споры в этой области, поскольку оно, наконец, дает ответ на вопрос, который обсуждается в биологии более века: до разделения на две части ДНК в клетке можно сравнить со спагетти – беспорядочной смесью перемешанных нитей. Клетке необходимо организовать этот беспорядок в хромосомах, чтобы иметь возможность аккуратно разделить свою ДНК на обе дочерние клетки.
В течение многих лет было ясно, что ключевую роль играет белковый комплекс под названием «конденсин», но до сих пор биологи расходились во мнениях относительно того, как именно. Одна теория утверждала, что конденсин работает как крючок, который может захватывать и соединять ДНК в беспорядке ДНК, тем самым связывая их вместе.
Другая теория предполагала, что кольцевой конденсин тянет ДНК внутрь, образуя петлю.
Моторная функция
В статье на обложке журнала Science в ноябре прошлого года ученые из Делфта и сотрудничающих лабораторий показали, что у конденсина действительно есть двигательная функция, необходимая для такой экструзии петель. Это добавило новый важный элемент к головоломке, но, как Ким Нэсмит из Оксфордского университета – один из ведущих ученых в области организации ДНК – отметил в сопроводительной статье в журнале Science, «открытие того, что конденсин является транслоказой ДНК, является безусловно, согласуется с идеей, что он функционирует как экструдер петли, но никоим образом не доказывает это.
Задача будет заключаться в наблюдении экструзии, а также транслокации, чтобы установить, является ли это свойством индивидуальных или мультимерных комплексов, и выяснить молекулярный механизм."
Разгадывая тайну
И это именно то, что сейчас сделано. Ученые из группы Сес Деккер из Института Кавли Делфтского университета вместе с группой Кристиана Херинга из EMBL Heidelberg, которые установили очистку и флюоресцентное маркирование белка, сумели снять настоящие фильмы, в которых запечатлено действие комплекса конденсина в действии. – то есть пока он выдавливал петлю ДНК.
«Мы просто доказали это, сняв фильм», – говорит Махипал Ганджи, постдок группы Сис Деккер в Делфте. "ДНК – это такая запутанная мешанина, что очень трудно выделить процесс и изучить его в клетках. В нашем исследовании первым шагом было закрепление двух концов молекулы ДНК на поверхности и нанесение цветных красителей на ДНК и конденсин.
Затем, применив поток жидкости, перпендикулярный молекуле, мы сориентировали ДНК в U-образной форме и вывели ее в фокальную плоскость нашего микроскопа. Удивительно, но затем мы смогли увидеть связывание единственного конденсина и начать вытягивание петли."
Проф.
Сис Деккер добавляет: «Это решает спор. Эти данные предоставляют убедительные доказательства того, что конденсин действительно вращается в ДНК, образуя петли.
Наш новый подход к визуализации также позволяет измерять все виды количественных данных: симметрию выдавливания петли, скорость, с которой петля образуется, что происходит, когда вы тянете ДНК.«Скорость зацикливания оказалась чрезвычайно высокой: до 1500 пар оснований ДНК может быть намотано конденсином в секунду. И он делает это, потребляя лишь небольшое количество АТФ – «топлива» конденсинового мотора, что указывает на то, что конденсин не шагает по основанию ДНК за основанием, а тянет его большими шагами. При легком натяжении ДНК процесс зацикливания замедляется.
По-видимому, при натяжении конденсин, похоже, больше борется за создание петли. Неожиданно выдавливание петли оказалось асимметричным: «Мы увидели, что конденсин стыкуется с ДНК и закрепляется там, а затем начинает наматывать ДНК только с одной стороны."Деккер добавляет:" Еще одна интересная находка."
Медицинское значение
Исследование представляет собой значительный шаг в фундаментальном понимании ДНК в наших клетках, но оно также актуально для медицинских исследований.
Проблемы с семейством белков, к которому принадлежит конденсин – белками SMC – связаны с наследственными заболеваниями, такими как синдром Корнелии де Ланге. Конденсин также имеет решающее значение в организации хромосом во время деления клеток, и ошибки в этом процессе могут привести к раку.
Лучшее понимание этих процессов жизненно важно для отслеживания молекулярного происхождения серьезных заболеваний.