Российские ученые определили, какие механизмы помогают ядерной ДНК образовывать и сохранять трехмерные структуры. Оказалось, что важную роль играют жидкие конденсаты различных типов, которые способны контролировать активность генов. В перспективе результаты, полученные исследователями, могут быть потенциально использованы для борьбы с онкологическими заболеваниям. Работа опубликована в журнале Nucleic Acids Research.
Исследователи из Института биологии гена РАН (Москва) совместно с коллегами из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Института биоорганической химии РАН (Москва) занимаются изучением трехмерной структуры генов — как геном укладывается в пространстве клеточного ядра. Поддержанные грантом Российского научного фонда исследователи изучили, какую роль играет процесс разделения жидких фаз (Liquid-Liquid Phase Separation, LLPS) в поддержании пространственной организации генома. LLPS можно наблюдать на примере капли жира в воде. В живых клетках к выделению жидкой фазы может привести взаимодействие между различными белками и РНК при достаточно высокой концентрации этих макромолекул.
Авторы провели эксперименты с «бессмертными» клетками опухоли шейки матки HeLa, добавляя в среду культивирования 1,6-гександиол. Они наблюдали, как это вещество, способное разрушать жидкие конденсаты, влияет на хроматин — основной компонент клеточного ядра. Проведенные исследования показали, что под действием 1,6-гександиола происходит ослабление LLPS, а оно приводит к изменениям практически на всех уровнях организации генома. Даже когда соединение убрали из среды, хроматин не вернулся в свою исходную форму.
«Полученные результаты свидетельствуют о том, что LLPS участвует в тонкой настройке пространственной организации генома. Это в том числе поддержание контактов между генами и удаленными регуляторными элементами (энхансерами), играющими ключевую роль в контроле активности генов», — рассказывает один из авторов статьи, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией структурно-функциональной организации хромосом Института биологии гена РАН Сергей Разин.
Исследование также показало, что в поддержании 3D-генома участвуют жидкофазные конденсаты (изолированные от остальной части ядра капли) различных типов. Такие капли содержат все, что необходимо для запуска транскрипции (синтеза РНК на матрице ДНК), и формируются, в частности, на энхансерах. Именно эти капли и получилось разрушить с помощью использованного в данной работе низкомолекулярного агента.
«Сложность исследования заключалась в необходимости отделения влияния LLPS от более выраженных биологических сил. Для этого мы воспользовались несколькими взаимодополняющими подходами — двумя типами микроскопии сверхвысокого разрешения (наноскопии) и методами полногеномного анализа 3D-генома, основанными на использовании глубокого секвенирования. Важно отметить, что это исследование стало первой российской работой, в которой такие подходы использованы совместно», — отмечает другой автор работы, заместитель директора ИБГ РАН Омар Кантидзе.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
