Весь геномный материал клетки должен быть упакован в крошечное клеточное ядро таким образом, чтобы, с одной стороны, его можно было хранить в организованном порядке, а с другой стороны, его можно было транскрибировать, дублировать или репарировать как нужный. Различные белки отвечают за компактную упаковку, которая может сворачивать или закручивать ДНК. Ученые Кикуэ Тачибана и Карл Дудерштадт из Института биохимии Макса Планка в Мартинсриде изучают точную задачу и функции этих молекулярных машин. Они обнаружили, что комплекс MCM играет важную роль в ограничении образования петель ДНК и, таким образом, в трехмерной структуре генома и в регуляции генов.
Молекула ДНК имеет длину около двух метров, и ее еще нужно упаковать в крошечное клеточное ядро. Ядро клетки имеет размер частицы тонера из принтера или мелкой пылинки. Как это работает? Как генетическая информация может храниться и упаковываться, с одной стороны, и читаться, с другой? Как это помещается в петли? Упаковка и распаковка также являются динамическими процессами, которые должны выполняться быстро и без сбоев.
Теперь Кикуэ Тачибана, новый директор отдела «Тотипотентность» в Институте биохимии Макса Планка, и ее команда обнаружили, что белковый комплекс, хорошо известный своей функцией репликации ДНК, играет неожиданную роль в сворачивании генома. «Во время симпозиума в нашем институте выяснилось, что мой новый коллега Карл Дудерштадт и я разделяем общие интересы. Мы решили объединить усилия, чтобы использовать дополнительные подходы для исследования этих первоначальных наблюдений на механистическом уровне». Карл Дудерштадт возглавляет исследовательскую группу «Структура и динамика молекулярных машин».
Новый класс барьеров
В этом текущем исследовании они теперь совместно идентифицировали комплекс обслуживания минихромосом (MCM) как новый класс барьеров в формировании петель ДНК. В процессе образования петли ДНК , также называемого экструзией петли, в основном участвуют три белка или белковых комплекса: первый когезин, второй белок цинкового пальца CTCF и третий комплекс MCM. Когезин связывается с ДНК и инициирует образование петли. Когезин скручивает ДНК, что приводит к прогрессивному росту петли.
Выдавливание петли останавливается, когда cohesin встречается с ДНК-связанным белком CTCF, который до этой работы был единственным известным барьером выдавливания петли. «Хотя детали различаются, можно представить, что это немного похоже на надевание кольца на ленту и продевание ленты через кольцо, которое остается в основании петли», — говорит Матиас Шерр, соавтор исследования. . Кикуэ Тачибана объясняет: «В отличие от CTCF, который является барьером, специфичным для позвоночных, MCM сохраняются у эукариот и архей. Поэтому интересно предположить, что это может быть наследственным барьером для экструзии петель». Работа повышает вероятность того, что встречи комплексов cohesin, выдавливающих петлю, с комплексами MCM являются частью фундаментального механизма, который организует сворачивание генома самых разных организмов.
Карл Дудерштадт резюмирует: «Наше открытие стало возможным только благодаря созданию удивительной международной команды, обладающей опытом в самых разных областях. Эта работа является свидетельством того, что возможно, когда вы строите мосты между областями. Я убежден, что впереди еще много сюрпризов. в запасе для нас, когда мы глубже исследуем сеть взаимодействий, которые контролируют организацию хромосом».
Теги: биотехнологии
