В МГУ разгадали механизм упаковки молекулы ДНК

В лаборатории биологического факультета МГУ сделано открытие, о котором сейчас говорит весь научный мир. Российским ученым удалось понять механизмы упаковки генома внутри клетки.

Исследователям лаборатории биофака МГУ удалось понять, как нить ДНК длиной в два метра помещается в ядро диаметром не более одной сотой доли миллиметра. При дополнительном анализе это открытие позволит выявить способы лечения многих серьезных заболеваний, в том числе и рака.

До сих пор не вполне ясно, почему клетки, например, кожи или сетчатки глаза, отличаются друг от друга, хотя все содержат одинаковый геном. Оказывается, это может зависеть и от того, как носитель генетической информации — молекула ДНК — уложена в пространстве.

«ДНК, в которой закодированы все наши гены, очень длинная — ее длина составляет порядка двух метров, а размер ядра, в котором она находится, составляет порядка 10 микрон. Соответственно, она должна быть очень компактно уложена, чтобы просто поместиться в это ядро. Но проблема — существенно более сложная, потому, что она должна не просто там быть уложена, а быть уложена таким образом, чтобы те ее части, которые сейчас, на данный текущий момент, востребованы, или в данных клетках востребованы, были доступны для тех машин, которые, скажем, считывают информацию с этой ДНК», — рассказывает заведующий кафедрой молекулярной биологии МГУ Сергей Разин.

Чтобы длинная молекула ДНК не запуталась, она накручивается на особую структуру из белков в форме бочонков. Но геном — это не крепкий клубок ниток. На каком-то участке ДНК, оказывается, намотана плотно, на другом — нет. Исследователи считают, что плотность упаковки напрямую связана с работой генов.

«В этом проекте мы впервые в нашей лаборатории и, насколько мне известно, впервые в России использовали метод, который позволяет получить карту трехмерной организации всего генома. Если гены работают сильно, то этот участок расправляется, если эти гены молчат в другой клеточной линии, то этот участок оказывается „схлопнутым“ в более плотную конфигурацию», — говорит старший научный сотрудник кафедры молекулярной биологии МГУ Сергей Ульянов.

Слипаются и разлипаются участки ДНК под действием особых ферментов там, где это нужно в данный момент для строительства новой клетки. Подтвердить полученные данные помогло моделирование биологического процесса на суперкомпьютере «Ломоносов». За секунду каждый его процессор совершает тысячи миллионов операций. Чтобы рассчитать модель работы ДНК, потребовалось 200 таких процессоров и три дня работы.

«Приятно, когда статистическая физика описывает такие сложные и, казалось бы, плохо поддающиеся статистической физике объекты, как живая природа, которая состоит сплошь из исключений, а не из правил.

Эта структура очень живая — вот ее моментальная фотография в какой-то один момент времени. Если вы посмотрите на нее в другой момент времени, она будет выглядеть очень мало похожим образом», — объясняет научный сотрудник Физического факультета МГУ Александр Чертович.

Структура, которая готова в любой момент поменяться, в частности, объясняет, почему живой организм так быстро может отреагировать на изменение окружающей среды. В будущем новое открытие поможет ученым и понять причины возникновения многих заболеваний, в том числе и рака, который как раз является следствием нарушения генетического кода. Но для получения таблеток, корректирующих работу генов, нужно провести еще немало научных опытов.