Наша ДНК постоянно упаковывается и распаковывается — и в этом есть глубокий смысл. От того, в каком состоянии она находится, зависит ее работа в ядре клетки.

Большую часть жизни — между делениями — хромосомы похожи на беспорядочный клубок спагетти: так их удобнее считывать. Но когда клетка готовится к делению, этот хаос становится проблемой.

Чтобы правильно распределить генетический материал между дочерними клетками, ДНК нужно упаковать плотно и аккуратно. В итоге длинные нити скручиваются в компактные Х-образные структуры, которые в 10 000 раз короче исходных.

Слишком ранняя упаковка — большая ошибка

Гены могут работать без сбоев только в том случае, если ДНК упаковывается в нужный момент, — объясняет Дуччо Конти, один из авторов исследования.

Если это происходит не вовремя, последствия бывают катастрофическими. Например, неконтролируемая упаковка связывают с микроцефалией. Но как именно клетка запускает этот процесс перед делением, долго оставалось загадкой.

Результаты опубликованы в издании Molecular Cell.

Молекулярный переключатель

Благодаря совместной работе трех научных групп мы нашли механизм, который регулирует упаковку ДНК, — говорит Алессандро Борселлини, соавтор исследования.

Ученые обнаружили, что два белка — MCPH1 (микроцефалин) и M18BP1 — конкурируют за связь с конденсином II, который отвечает за компактизацию хромосом.

Пока клетка не делится, микроцефалин блокирует конденсин II, и ДНК остается в виде «спагетти». Но как только начинается деление, активируется фермент CDK1, который меняет правила игры: теперь M18BP1 связывается с конденсином II, и тот приступает к упаковке ДНК в плотные „сосиски“ хромосом.

Конденсин II — это белковый комплекс, который скручивает ДНК в плотные петли, превращая ее из длинной нити в компактную хромосому. Без него деление клетки было бы невозможно.

Впервые мы поняли, как клетка контролирует этот процесс. Это не только объясняет фундаментальный механизм жизни, но и поможет в будущем предотвращать ошибки упаковки, — подводит итог Бекки Харрис, соавтор работы.

Это открытие может стать ключом к пониманию ряда генетических нарушений. Например, при микроцефалии упаковка ДНК идет неправильно, что приводит к недоразвитию мозга. Если научиться управлять этим процессом, можно будет корректировать подобные патологии. Кроме того, ошибки в компактизации хромосом часто встречаются в раковых клетках — возможно, их можно будет использовать как мишень для терапии.

Исследование раскрывает только часть механизма. Конденсин II — не единственный игрок в упаковке ДНК, и пока неясно, как другие факторы влияют на этот процесс. Кроме того, эксперименты проводились in vitro — нужно проверить, работает ли все так же в живых клетках.

Ранее ученые увидели, как ДНК сворачивается внутри живой клетки.