Российские биологи обнаружили "вечный двигатель" для раскрутки ДНК

Группа исследователей из Института биоорганической химии (ИБХ) РАН и МГУ совместно с Университетом Юты (University of Utah) впервые показала способность нуклеосом обратимо раскручиваться под воздействием белка FAСT без затрат энергии. Полученные данные помогут понять, какую роль этот белковый комплекс играет в активно делящихся клетках опухолевых тканей. Результаты опубликованы в журнале Nature Structural & Molecular Biology.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) в клетке находится в хромосомах — компактных структурах, в состав которых также входят белки. При этом ДНК в хромосомах уложена упорядоченно: она "смотана" в нуклеосомы — молекулярные катушки. Основой таких катушек служат белки-гистоны, а ниткой, соответственно, цепочка дезоксирибонуклеиновой кислоты. ДНК может наматываться на гистоны, а может раскручиваться с них. От её состояния зависит активность генов. Те участки ДНК, которые намотаны на гистоны, неактивны. Информация с генов, которые в них находятся, не может считываться, а значит, не могут образовываться определённые белки, участвующие в биохимических процессах внутри клетки.

ДНК в нуклеосоме может быть уложена более или менее компактно. Это зависит от того, в каком состоянии (конформации) находится остов нуклеосомы — гистоны. Конформацией гистонов управляют шапероны — дословно "белки, придающие форму". Они могут разматывать ДНК нуклеосом и заматывать её обратно. Один из таких шаперонов называется FACT. Его активность и исследовали сотрудники ИБХ и их коллеги.

Выяснилось, что FACT в экспериментах "в пробирке" изменяет конформацию гистонов так, что нуклеосомы раскручиваются. Соответственно, ДНК, которая была в них замотана, становится доступной для ферментов, считывающих наследственную информацию. А это означает, что клетка получает возможность производить белки, гены которых были в составе ДНК нуклеосомы. Если убрать FACT, ДНК самопроизвольно укладывается в нуклеосомы.

Очень важно и необычно, что работа FACT осуществляется без затрат молекул АТФ, универсальной энергетической валюты клетки. Это важно, так как все остальные системы для изменения структуры хромосом работают только при затрате энергии. Почему FACT в ней не нуждается, пока не ясно.

Открытие может сыграть роль в медицине, а именно в онкологии. Дело в том, что во многих клетках в составе злокачественных опухолей находят повышенный уровень белка FACT. Скорее всего, его действие приводит к активации ряда генов, способствующих развитию рака. Возможно, если исследователи научатся руководить работой FACT, некоторые формы этого заболевания можно будет лечить, воздействуя на этот белок. Однако до тех пор надо уточнить его функции в раковых клетках.