Теломеры – это концевые участки ДНК, которые многими исследователями считаются ключом к долголетию. Они защищают гены от повреждений, но после каждого деления клетки укорачиваются. Если длина теломер становится слишком маленькой, клетка погибает.
Джон ван Ноорт из Лейденского института физики обнаружил новую схему упаковки ДНК. Будучи биофизиком, он использовал законы физики для биологических экспериментов. Совместно с биологами из Наньянского технологического университета в Сингапуре, ван Ноорт изучил структуру теломер ДНК.
В каждой клетке человеческого тела есть хромосомы, несущие гены, которые определяют характеристики организма. На концах хромосом находятся теломеры, которые защищают их от повреждений. Они похожи на наконечники на шнурках.
Нить ДНК имеет длину в среднем два метра; чтобы поместиться в клетке, она находится в скрученном состоянии. Это достигается путем обертывания ДНК вокруг гистоновых белков; комплекс ДНК и белков называются нуклеосомой. Получается нитка бус: нуклеосома-бусинка чередуется фрагментом свободной ДНК, затем снова нуклеосома-бусинка и так далее.
Эти бусы, в свою очередь, тоже скручены, в зависимости от длины нити ДНК между нуклеосомами. Уже известны два типа скручивания ДНК: при первом из них две соседние нуклеосомы слипаются, а свободная нить ДНК висит между ними (рис. А). Если свободная ДНК между бусинами короче, соседние шарики не успевают слипнуться, и образуются два столбика рядом друг с другом (B).
В новом исследовании Ван Ноорт и его коллеги обнаружили еще одну структуру ДНК: нуклеосомы расположены гораздо ближе друг к другу, так что между ними просто нет свободной ДНК. Получается одна большая спираль ДНК (С).
Новая структура была обнаружена с помощью комбинации электронной микроскопии и молекулярной спектроскопии. Исследователи зафиксировали один конец ДНК на предметном стекле, а к другому прикрепили магнитный шарик. Затем воздействием сильных магнитов на этот шар они расправили нить ДНК. Измеряя силу, необходимую для того, чтобы распутать бусины ДНК одну за другой, исследователи получили информацию о том, как сложена нить.
Знание структуры ДНК дает понимание того, как включаются и выключаются гены и как ферменты в клетках влияют на теломеры: например, как они восстанавливают и копируют ДНК. А это, в свою очередь, поможет изучать старение и возрастные болезни, включая рак, и разрабатывать лекарства для борьбы с ними.
Статья A.Soman et al. Columnar structure of human telomeric chromatin опубликована в журнале Nature.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Leiden University: Can we live longer? Leiden physicist makes discovery in protective layer in genes.
