Биологи раскрыли загадку общего механизма формирования ядра клеток
Закономерность, на основании которой можно создать систему классификации ядер клеток живых организмов, подобную периодической системе Дмитрия Менделеева для химических элементов, обнаружил международный коллектив ученых, сообщает пресс-служба Медицинского колледж Бейлора (Техас, США) 27 мая на официальном сайте.
Новую систему классификации ядер клеток представила группа биологов из США, Бразилии, Великобритании, Нидерландов, Швеции, Швейцарии, Испании, Германии, Китая, Японии и Австралии. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Ученые из международного консорциума DNA Zoo изучали, как хромосомы, длина которых может достигать нескольких метров, складываются, чтобы поместиться внутри ядер клеток представителей разных видов живых организмов. В результате выяснилось, что все способы укладки в целом можно разделить на два проекта.
«У некоторых видов хромосомы организованы как страницы печатной газеты, с внешними полями с одной стороны и сложенной серединой с другой. А у других видов каждая хромосома скомкана в шарик», — пояснила сотрудник Центра архитектуры генома из Медицинского колледжа Бейлора Ольга Дудченко.
«Данные подразумевали, что в ходе эволюции виды могут переключаться с одного типа на другой и обратно. Мы задались вопросом: каков механизм управления? Можно ли в лаборатории превратить один тип ядра в другой?» — сообщил директор Центра архитектуры генома Эрез Либерман Эйден.
Одновременно независимая группа исследователей из Нидерландов обнаружила нечто неожиданное. В экспериментах с белком под названием конденсин II, играющим важную роль в делении клеток, выяснилось, что при мутации белка в человеческих клетках хромосомы полностью перестраивались.
Обе команды ученых встретились на конференции в Австрии. Они пришли к выводу, что нидерландские исследователи нашли способ конвертировать человеческие клетки из одного ядерного типа в другой. Как пояснил доктор Бенджамин Роуленд из Нидерландского института рака, при сравнении геномов, находящихся в ДНК-хранилищах, было обнаружено, что эволюция проводила эксперимент с белком конденсин II много раз.
«Когда мутации в каком-либо виде разрушают конденсин II, они обычно меняют всю архитектуру ядра», — сказал Роуленд.
Команда исследователей решила дальше работать вместе, чтобы подтвердить роль конденсина II в формировании архитектуры ядра клеток, однако в связи с пандемией задача усложнилась из-за невозможности доступа к лабораториям. Тогда было принято решение создать компьютерную программу, которая могла бы моделировать влияние конденсина II на цепочку из сотен миллионов генетических букв, составляющих хромосомы человека.
Специалисты из Университета Райса (Техас США) с помощью моделирования выяснили, что, разрушив конденсин II, можно заставить ядро человеческой клетки реорганизоваться так, как это происходит в ядре клеток мухи. «Мы начали с невероятно широкого обзора результата двух миллиардов лет эволюции ядра. И мы обнаружили, что все сводится к одному простому механизму, который мы можем моделировать, а также реализовывать самостоятельно в пробирке. Это захватывающий шаг на пути к новому виду геномной инженерии — в 3D!», — сообщил соавтор исследования Сумитабха Брахмачари.
