• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
4993
Рубрика: Науки о жизни
Раздел: Биология

О двухметровой ДНК, достоинствах фрактальной упаковки и генетической «робастности» как мериле долголетия

У всех высших организмов, включая человека, совокупная длина ДНК в каждой клетке составляет около двух метров! И этот чрезмерно длинный полимер должен каким-то образом разместиться в клеточном ядре, диаметр которого в обычной соматической клетке составляет всего 10 мкм, а в сперматозоиде – в 5—10 раз меньше. Каким же образом клетке удается «убить сразу двух зайцев» – компактно упаковать ДНК с сохранением возможности считывания генетической информации, и как работают такие «упакованные» гены?

Проблема упаковки ДНК в хромосомах клеточного ядра эукариотических организмов была поставлена еще в середине 1970-х гг.: этими исследованиями занялись несколько групп ученых, включая Нобелевского лауреата по химии Роджера Корнберга. Рассматривая молекулу ДНК в электронный микроскоп, исследователи обнаружили, что она очень напоминает бусины, нанизанные на нитку.

Как упакуем?

Выяснилось, что «бусины» (нуклеосомы) состоят из специальных белков (гистонов), на которые, как на валик, намотана в два оборота нить ДНК (порядка 150 пар нуклеотидов). Затем идет «нитка» – свободный участок (линкер, длиной 10—30 пар нуклеотидов), затем – следующая «бусина» и т. п. Всего же в каждой нашей клетке находится около 25 млн таких валиков, на которых размещено 70—90 % всей клеточной ДНК. Так как диаметр каждой «бусины» с намотанной на ней ДНК составляет порядка 10 нм, то часто ДНК, упакованную в нуклеосомы, называют десятинанометровой хроматиновой фибриллой.

Но этот уровень упаковки ДНК недостаточен – она все еще остается слишком длинной. Поэтому «бусины» укладываются в упорядоченные «стопки», которые перекручиваются одна вокруг другой, – так образуется соленоид диаметром 30 нм, что в итоге дает 30 нм хроматиновую фибриллу. Такая структура формируется спонтанно как за счет образования межмолекулярных водородных связей между гистонами, так и за счет связывания гистона H1 с линкерными участками ДНК. Однако вопрос, действительно ли ДНК упаковывается в клетке в столь организованную структуру, как соленоид, до сих пор остается открытым.

В упаковке хромосомной ДНК в клеточном ядре различают несколько уровней. Сначала нить ДНК наматывается на гистоновые белки, образуя «бусины» (нуклеосомы); затем «бусины» собираются в «стопки», которые перекручиваются одна вокруг другой (зигзагом между ними идет «свободная» линкерная ДНК) с образованием соленоида; наконец, формируются фрактальные глобулы на уровне хромосом

Но упаковка ДНК как в десятинанометровые, так и в тридцатинанометровые хроматиновые фибриллы все еще не обеспечивает ее достаточной компактизации: с помощью первого способа можно «укоротить» ДНК в 5—10 раз, второго – в 50 раз. Конечно, здесь мы немного лукавим, ведь наша ДНК не едина, а разделена на хромосомы, которых в соматической клетке 46 штук. Но даже учитывая обстоятельство, что при таком уровне упаковки длина одной хромосомы...

comments powered by HyperComments