МОСКВА, 25 апр — РИА Новости. Понимание того, что работа генов в ядрах клеток живых организмов зависит от пространственной "укладки" молекул ДНК, стало одним из наиболее важных результатов исследований в молекулярной биологии за последние годы, считает заведующий лабораторией структурно-функциональной организации хромосом Института биологии гена Российской академии наук (РАН), член-корреспондент РАН Сергей Разин.
В журнале Nature 25 апреля 1953 года была опубликована статья Джеймса Уотсона (James Watson) и Фрэнсиса Крика (Francis Crick) с описанием созданной ими модели пространственной структуры молекулы ДНК. Эта модель, в частности, позволила объяснить, как происходит передача генетической информации от клетки к клетке и среди живых организмов в ряду поколений. День 25 апреля считается днем рождения молекулярной биологии.
Геном в пространстве
"Основные положения молекулярной биологии были созданы благодаря работам на прокариотах — организмах, не имеющих клеточного ядра, прежде всего на классическом объекте — бактерии кишечной палочке Escherichia coli. Но современная молекулярная биология — это, прежде всего, изучение эукариот — организмов, в клетках которых есть ядра", — отметил Разин.
По его словам, принципы работы генома у прокариот и эукариот, особенно у высших эукариот, существенно различаются.
"Дело в том, что в многоклеточных организмах существует процесс клеточной дифференцировки, иначе говоря, клетки становятся специализированными, в них реализуется та или иная часть генетической информации, "закодированной" в ДНК. И вот здесь возникает вопрос: что определяет, какие гены должны работать в определенных клетках? Стало ясно, что это выбор связан с пространственной организацией генетического материала в ее ядре", — сказал ученый.
По его словам, это определяется на нескольких разных уровнях, начиная с того, как ДНК упакована в хроматине — комплексе нуклеиновых кислот и белков, составляющем основу клеточных хромосом.
Общая длина всех молекул ДНК, входящих в состав хромосом высших эукариот — около 2 метров, поэтому они должны быть с высокой степенью, до 10 тысяч раз, компактизованы, чтобы поместиться в клеточном ядре. Согласно существующей модели, в ядрах клеток эукариот есть несколько уровней компактизации ДНК. Один из первых таких уровней — это ДНК, накрученная, как нитка на катушку, на нуклеосомы — молекулярные комплексы из четырех пар белков-гистонов. В свою очередь, гистоны могут подвергаться различным химическим модификациям. Набор таких модификаций — "гистоновый код" — управляет "включением"-"выключением" генов.
"В изучении регуляции упаковки ДНК в последние годы произошел большой прогресс, и это в первую очередь связано с осознанием значения "гистонового кода". Как всегда, поначалу казалось, что все просто — есть несколько типов модификаций гистонов, которые однозначно определяют транскрипционный статус генов (активность их "считывания" — ред.), позже выяснилось, что для одного и того же участка какого-либо гистона могут существовать разные модификации, и в одной и той же области хромосомы могут находиться гистоны, модифицированные различными способами. Теперь стало ясно, что существенна вся совокупность возможных модификаций, именно она определяет ту мозаику генома, те его части — мы называем их доменами, — которые будут работать", — отметил Разин.
По словам ученого, в последние годы стала ясна важная роль взаимного расположения участков молекул ДНК в ядре.
"Раньше молекулярные биологи описывали работу генов, принимая во внимание лишь расстояния между ними вдоль цепочек молекул ДНК. Но в реальности в клеточном ядре ситуация иная. В последние годы стало очевидно, что разные элементы, регулирующие работу генов, и находящиеся далеко друг от друга на молекуле ДНК, могут находиться очень близко в ядре. Например, два элемента ДНК могут разными способами "подтягиваться" друг к другу, влияя на активность конкретных генов, а разделяющие их участки — выпетливаться, не участвуя в регуляции работы этих генов", — пояснил Разин.
"По существу, сейчас происходит осознание того, что генетические механизмы в клетке работают на уровне пространственного взаимодействия элементов хроматина между собой. К тому же, эти взаимодействия являются динамическими — жесткой, фиксированной "картины" такой работы генома нет. Поэтому можно говорить, что геном "дышит", — добавил ученый.
Организация генома и FEBS-2013
Механизмы работы эукариотических геномов будут обсуждаться на предстоящем в июле в Петербурге конгрессе Федерации европейских биохимических обществ (FEBS) — крупнейшем мировом научном форуме в истории современной России.
"Один из симпозиумов в рамках конгресса будет посвящен пространственной организации генома. На него удалось собрать чрезвычайно сильный состав докладчиков, в Петербург приедут практически все научные лидеры, которые фактически определяют "лицо" исследований в данной области. Можно с уверенностью сказать, что нас ждут не только первоклассные доклады, но и интересные дискуссии", — сказал Сергей Разин, который будет одним председателей симпозиума.
По его словам, в числе выступающих будут Венди Бикмор (Wendy Bickmore) из Западного общего госпиталя (Эдинбург, Великобритания), которая расскажет о регуляции работы генов на дальних расстояниях, Питер Кук (Peter Cook) из Оксфордского университета с докладом о роли специализированных транскрипционных "фабрик" в работе генома, Том Мистели (Tom Misteli) из Национального института рака (Бетесда, США) с докладом о связи организации генома и возникновением различных болезней.
