Сотрудники Института Солка установили, что трехмерная структура генома человека находится в состоянии постоянного движения. Ранее считалось, что пространственная организация ДНК внутри клеточного ядра относительно стабильна, однако новые данные указывают на прямую связь между скоростью сворачивания генетического материала и активностью генов. Нарушение этих процессов может приводить к развитию онкологических заболеваний и расстройств аутистического спектра.
ДНК в каждой клетке человеческого тела достигает двух метров в длину. Для размещения этого объема информации в компактном ядре геном формирует петли при помощи белкового комплекса когезина и регулятора NIPBL. Эти структуры не остаются статичными – они постоянно распадаются и собираются вновь, регулируя доступ к тем или иным участкам генетического кода.
В ходе экспериментов на клетках эпителия сетчатки исследователи искусственно снизили уровень белка NIPBL, что замедлило формирование новых петель. Выяснилось, что разные участки генома реагируют на изменения с разной скоростью. Наиболее динамичными оказались зоны, содержащие активные гены, в то время как неиспользуемые участки оставались стабильными. Это позволило ученым сделать вывод, что интенсивность перестройки ДНК напрямую влияет на то, какие инструкции считываются клеткой в конкретный момент.
Особую роль динамическая упаковка играет в поддержании клеточной идентичности. Изучая нейроны и клетки сердца, полученные из индуцированных стволовых клеток, биологи заметили, что гены, специфичные для конкретного типа ткани, демонстрируют наиболее высокую частоту сворачивания и разворачивания. По мнению авторов исследования, этот механизм помогает клетке «запоминать» свою специализацию, постоянно подтверждая активность необходимых участков генома.
Сбои в работе молекулярных механизмов, ответственных за организацию ДНК, лежат в основе тяжелых патологий. Мутации в генах, управляющих сворачиванием ДНК, вызывают синдром Корнелии де Ланге, который затрагивает развитие сразу нескольких систем организма. Онкологические заболевания также могут использовать этот принцип: раковые клетки меняют динамику упаковки генома, чтобы подавить механизмы специализации и стимулировать бесконтрольный рост. Понимание этих процессов открывает возможности для разработки методов терапии, направленных на коррекцию аномальных паттернов укладки ДНК.
