ДНК упаковкиКаждая клетка человека содержит 1,8 метра ДНК. Чтобы соответствовать, ДНК плотно обернута вокруг белков, имеющих форму катушки, гистонов, которые упаковывают ее до 0,09 миллиметра — это 20 000-кратное уменьшение длины. Комплекс гистон-ДНК называется хроматином.
Через него клетка может регулировать, какие гены активны в любой момент времени, раскручивая эту часть упакованной ДНК. Напротив, клетка может «репрессировать» гены, образуя компактные и плотные волокна хроматина.
Все это осуществляется «эффекторными» белками, которые прикрепляются к хроматину и изменяют свою трехмерную структуру, открывая или компактную ДНК, содержащую интересующий ген.Этот механизм исследуется множеством биологических и медицинских областей, например генетика и исследования рака, поскольку это ключ к регулированию генов в клетке. Однако есть пробелы в нашем понимании того, как такая важная система остается эффективной, учитывая, что связывание между эффекторами и гистонами слишком слабое. Было предложено несколько теорий, но проблема не исчезла.
Быстрее, а не сильнееЛаборатория Бита Фирца из EPFL теперь показала, что главный эффекторный белок увеличивает свою эффективность не за счет более прочного связывания хроматина, а за счет более быстрого связывания и повторного связывания. Белок, называемый HP1?, Относительно легко отделяется от хроматина, что характерно для белков, взаимодействующих с ДНК.
Чтобы компенсировать эту "слабую привязку", HP1? ускоряет скорость связывания, но также собирается попарно, чтобы максимально увеличить количество сайтов связывания.Ученые использовали измерения одиночных молекул — высокочувствительный экспериментальный метод. Техника, никогда ранее не использовавшаяся в этом контексте, позволила исследователям наблюдать отдельные HP1? белки взаимодействуют с хроматином в реальном времени. Команда также синтезировала волокна хроматина, содержащие соответствующие химические идентификаторы, и они использовали эту систему для исследования HP1? связывание при разных условиях и параметрах эксперимента.
Наряду с увеличением скорости связывания, ученые также обнаружили, что когда HP1? к другому HP1 подключается? белки для образования димеров, он увеличивает свои сайты связывания, так что он может максимизировать свое взаимодействие с хроматином. Здесь важно помнить, что взаимодействия внутри ячейки не статичны; молекулы постоянно соединяются и разъединяются, часто конкурируя за одно и то же место. Увеличивая скорость связывания и увеличивая сайт связывания, HP1? имеет больше шансов на более длительное связывание хроматина и, таким образом, регулирование экспрессии генов.Учитывая важность этого механизма для пролиферации и роста клеток, он имеет особое значение в исследованиях рака и, возможно, других заболеваний, вызванных проблемной регуляцией генов.
Группа Фирца в настоящее время работает над расширением своей методологии исследования отдельных молекул для изучения более сложных процессов, в частности, того, как восстанавливается поврежденная ДНК. «Мы хотим наблюдать сложную биологию, как она происходит, и понимать ее на количественном уровне», — говорит он. «Наши химические методы дают нам полный контроль над динамикой белок-хроматин, и текущее исследование создает основу для таких беспрецедентных открытий».