Дрожжи помогли предсказать белок в ДНК человека
© Masur/Wikimedia Commons/Pixnio
Белковый комплекс FACT помогает упаковывать длинную молекулу ДНК в сверхкомпактную форму. Биологи выяснили, что на комплекс FACT человека может влиять белок Nhp6, который участвует в работе FACT у дрожжей. Это означает, что и в человеческих клетках может быть аналогичный Nhp6 белок. Статья об исследовании опубликована в Journal of Biological Chemistry.
Генетическая информация эукариот закодированна в длинной молекуле ДНК, которая умещается в клеточном ядре. Для хранения ДНК (ее длина в выпрямленном состоянии будет превышать метр) в микроскопической структуре молекулу необходимо компактно упаковать. Если «скомкать» молекулу хаотично, то распутать ее без повреждений было бы невозможно, а для считывания генетического кода ее необходимо разворачивать.
Упаковать геном в ядре клетки помогают белки-гистоны, которые связываются с ДНК. Этот комплекс называется хроматином. Повторяющаяся единица хроматина — нуклеосома — выглядит как серия «катушек ниток», на каждую из которых накручено по два витка ДНК-«нитки». В работе этой системы задействовано и множество других белков. Один из белковых комплексов, управляющих этим процессом, носит название FACT (facilitates chromatin transcription), так как он обеспечивает более эффективное считывание РНК с матрицы ДНК, упакованной в хроматин. Особенность FACT в том, что он выпрямляет намотанную на «катушку» ДНК без затрат энергии, которая внутри клетки хранится и переносится в форме молекул АТФ.
«На молекулярном уровне дрожжевой FACT может как стабилизировать нуклеосомы в геноме во время считывания, так и разворачивать нуклеосомы, — прокомментировал соавтор статьи Василий Студитский, руководитель лаборатории регуляции транскрипции и репликации биологического факультета МГУ, ссылаясь на другие свои работы. — Баланс между этими функциями определяется присутствием дрожжевого белка Nhp6, который помогает FACT разворачивать нуклеосомы. До недавнего времени вторая функция была неизвестна для FACT человека, несмотря на значительное сходство структуры этих белковых комплексов у дрожжей и человека».
До сих пор подобные исследования проводились в основном на дрожжах. В новой же работе Василий Студитский и его коллеги изучили механизм работы комплекса у человека и впервые показали, что белок Nhp6 из дрожжей в сочетании с комплексом FACT человека способен разворачивать нуклеосомы.
«Эти данные были получены на биофаке МГУ с использованием современного биофизического подхода –– мономолекулярного FRET (spFRET — метод, позволяющий определять межатомные расстояния внутри одного ДНК-белкового комплекса), — добавил Василий Студитский. — Полученные данные позволяют предположить, что, скорее всего, у человека существует гомолог дрожжевого белка Nhp6, который помогает FACT разворачивать нуклеосомы и регулировать транскрипцию генов».
Функционирование белкового комплекса FACT. Белковый комплекс FACT – шаперон гистонов, то есть фактор, который в норме стабилизирует нуклеосому. Однако присутствие небольшого ДНК-связывающего белка Nhp6 существенно меняет функцию FACT - он начинает раскручивать нуклеосому. Такое изменение активности было показано для FACT дрожжей, так и человека
© Мария Валиева
Ученые нашли и различия между человеческим и дрожжевым комплексами FACT, хотя активность у обоих вариантов оказалась примерно одинаковой. In vitro (в пробирке) FACT у дрожжей не работает без Nhp6, но in vivo (в клетках) его функции выполняются. Вероятно, во втором случае роль неработающего комплекса FACT может компенсироваться другими белками, поэтому пока непонятно, может ли вообще FACT дрожжей функционировать без Nhp6. В отличие от дрожжевого, наш комплекс FACT не связывается стабильно с нуклеосомами без добавочных белков, которые пока не изучены у человека.
Зная, что комплекс FACT очень медленно изменяется в процессе эволюции (говоря по-научному, является эволюционно консервативным), ученые попробовали добавить Nhp6 дрожжей к человеческому комплексу FACT, и это запустило его работу. Это позволило ученым предположить, что у человека тоже есть белок (пока неизвестный), который помогает FACT.
«В будущем планируется осуществить поиск этого, пока гипотетического, Nhp6-подобного белка человека, а также определить роль разворачивания нуклеосом комплексом FACT в регуляции генов и детекции участков с нарушениями структуры хроматина в геноме», – рассказал о перспективах Василий Студитский.
Статья опубликована в соавторстве с сотрудниками Института биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Школы медицины Университета Юты и Онкологического центра Фокс Чейз.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.