Формата и твърдостта на ДНК регулират ключови елементи на генната експресия

Изследователи от Онкологичния център „Андерсън“ към Тексаския университет установиха, че твърдостта, или неогъваемостта, на ДНК вътре в нуклеозомата регулира позиционирането на INO80. Това показва, че физическата структура и форма на ДНК — не само генетичната информация — са ключови фактори за транскрипцията на ДНК.

Проучването, публикувано в Molecular Cell, е водено от проф. Блейн Бартоумю, д.м.н., и д-р Шагун Шукла.

Как INO80 взаимодейства с ДНК

„Установихме, че забележителната специфичност на INO80 при позиционирането на нуклеозомите — градивните елементи на хроматина и хромозомите — се дължи на това, че неговото движение се блокира от силно неогъваема ДНК. Чрез моментни снимки от процеса на ремоделиране успяхме да видим стъпките в придвижването на нуклеозомата, които се спират от тези специфични участъци в генома,“ обяснява Бартоумю.

Мутации, делеции и свръхекспресия на INO80 и неговите субединици се свързват със сърдечни заболявания и рак. Разбирането как INO80 влияе върху транскрипцията и възстановяването на ДНК дава ценна информация за критични процеси като генна регулация и клетъчна диференциация, а изучаването на INO80 помага за откриване на потенциални терапевтични мишени.

Ролята на неогъваемата ДНК

Транскрипцията на ДНК е първата стъпка в генната експресия — процес, необходим за изграждането на белтъци. Тя включва развиване на плътно навити участъци от ДНК, така че молекулярните механизми да получат достъп до определени гени.

Хроматиновият ремоделиращ комплекс INO80 управлява как ДНК е опакована около нуклеозомите — правейки я достъпна, когато се налага, и скрита, когато не е нужна. Разбирането как INO80 премества нуклеозомите е важно, защото той е ключов за процеси като транскрипция, репарация и репликация на ДНК.

Неогъваемата ДНК — по природа по-твърда и по-трудна за огъване поради своята последователност или структура — се подозираше, че блокира движението на INO80, но досега липсваше директно доказателство.

Уникален механизъм на придвижване на нуклеозомата

Повечето хроматинови ремоделиращи комплекси придвижват нуклеозомите с малки „крачки“ от една-две нуклеотидни двойки. Изследователите откриват, че INO80 използва уникален механизъм, при който измества по-големи участъци от 20–30 двойки бази от ядрото на нуклеозомата, създавайки бримки или „издутини“. Тези бримки позволяват на INO80 да се придвижва около нуклеозомата като вълна.

Оказва се, че твърдите участъци от ДНК вътре в нуклеозомата спират този процес, пречат на формирането на бримките и така определят къде INO80 може да се позиционира върху повърхността на нуклеозомата.

Интересно е, че лабораторията на Бартоумю по-рано показа, че Arp5 — субединица на INO80 — се върти динамично, променяйки зоната, в която контактува с нуклеозомата. Когато INO80 се свърже с неогъваема ДНК, част от тези взаимодействия на Arp5 изчезват — което означава, че INO80 не може да ремоделира нуклеозомата.

Това предполага, че субединиците Arp5 може да действат като сензори, които регулират ремоделирането от INO80 в зависимост от формата на ДНК.

Източник: Phys.org