Под давлением: как синхротрон помог обнаружить скрытые различия в структуре нашей ДНК
Доктор Кушол Гупта и его коллеги из Университета Пенсильвании использовали уникальное оборудование в Корнеллском источнике синхротронного излучения высоких энергий (CHESS) для изучения нуклеосом — молекулярных «катушек», на которые наматывается ДНК. В каждой клетке человека почти два метра ДНК упакованы в микроскопическое ядро благодаря этим структурам.
«Центромерные нуклеосомы уникальны как по своему составу, так и по функции», — объясняет Гупта. «Но понять, что делает их физически отличными от обычных нуклеосом, было сложно, особенно в реалистичных условиях раствора».
Исследователи подвергали образцы нуклеосом давлению до трехсот мегапаскалей — это примерно три тысячи атмосфер, что в три раза больше давления на дне Марианской впадины. Такое давление имитирует не только среду обитания глубоководных организмов, но и реальные условия, в которых находится плотно упакованная ДНК внутри клетки.
Результаты оказались поразительными. «По мере увеличения давления мы увидели, что обычные нуклеосомы начали частично разворачиваться. По сути, ДНК разматывалась с гистонового ядра», — рассказывает Гупта. «Но центромерные нуклеосомы, содержащие белок CENP-A, держались намного лучше. Они были структурно более устойчивыми».
Еще более удивительным оказалось то, что после нормализации давления обе структуры вернулись к первоначальной форме. «Мы этого не ожидали. Деформация была в основном обратимой», — признается ученый.
«Давление делает мощным инструментом то, что оно не требует изменения изучаемых молекул», — поясняет Гупта. «Вы не провоцируете мутации ДНК и не добавляете химические вещества. Вы просто воздействуете на систему и наблюдаете, как она реагирует».
Эта работа позволяет лучше понять, как хромосомы сохраняют свою целостность во время деления клеток, как регулируется экспрессия генов через тонкие физические изменения, и как жизнь выживает в экстремальных условиях, например, в глубинах океана. Профессор Гупта уже применяет ту же технику для изучения вакцинных частиц, белок-белковых взаимодействий и связывания ферментов с лигандами. «Есть многое, чего мы все еще не понимаем о том, как хроматин ведет себя под стрессом или в экстремальных условиях», — говорит он. «Но наша методика дает нам способ задавать эти вопросы напрямую и узнавать на них ответы».
Ранее ученые раскрыли природный секрет долголетия грызунов.
