Исследователи интенсивно изучают белковый комплекс FACT, ключевой для сверхкомпактной упаковки длинных молекул ДНК. Этот процесс, происходящий в ядре эукариотических клеток, важен для понимания механизмов онкогенеза. Биологи МГУ имени М.В. Ломоносова в международной коллаборации обнаружили удивительный факт: добавление дрожжевого белка Nhp6 к человеческому комплексу FACT значительно повышает его эффективность. Это указывает на возможное существование аналогичного белка у человека. Пока такой белок не найден, но открытие ученых уверенно предсказывает его присутствие в системе FACT человека.
Загадка упаковки ДНК
Генетический код эукариот хранится в длинной молекуле ДНК, компактно размещенной в крошечном ядре клетки. Чтобы уместить ДНК (ее длина в распрямленном виде превышает метр) в микроскопическом пространстве, ее необходимо сверхплотно упаковать. Хаотичное сворачивание сделало бы невозможным безопасное распутывание и чтение генетической информации, для которого ДНК должна разворачиваться.
Роль гистонов и комплекса FACT
Ключевую роль в упаковке генома играют белки-гистоны, связывающиеся с ДНК и формирующие комплекс хроматина. Основная структурная единица хроматина, нуклеосома, напоминает "катушку", на которую намотаны два витка ДНК-"нити". Этот процесс регулируется множеством белков, включая комплекс FACT (facilitates chromatin transcription). FACT обеспечивает эффективное считывание РНК с ДНК-матрицы, упакованной в хроматин.
Двойная роль дрожжевого FACT и открытие МГУ
"На молекулярном уровне дрожжевой FACT обладает двойной функцией: он стабилизирует нуклеосомы при считывании информации и способен их разворачивать, — пояснил соавтор работы Василий Студитский, руководитель лаборатории регуляции транскрипции и репликации биологического факультета МГУ. — Баланс между этими функциями зависит от присутствия дрожжевого белка Nhp6, который помогает FACT разворачивать нуклеосомы. До последнего времени функция разворачивания была неизвестна для человеческого FACT, несмотря на сильное структурное сходство комплексов у дрожжей и человека".
Удивительно, что FACT способен выпрямлять ДНК, намотанную на "катушку", без затрат энергии (которая в клетке запасается в виде молекул АТФ). Ранее подобные исследования фокусировались преимущественно на дрожжах. В новой работе Василий Студитский и его коллеги исследовали механизм работы комплекса у человека и впервые продемонстрировали, что дрожжевой белок Nhp6 в сочетании с человеческим FACT успешно разворачивает нуклеосомы.
Метод spFRET и предсказание нового белка
"Эти результаты были получены на биофаке МГУ с применением современного биофизического метода — мономолекулярного FRET (spFRET), который измеряет расстояния между атомами внутри единичного ДНК-белкового комплекса, — добавил Василий Студитский. — Полученные данные убедительно указывают на вероятное существование у человека белка, гомологичного дрожжевому Nhp6. Этот белок предположительно помогает FACT разворачивать нуклеосомы и регулировать транскрипцию генов".
Сходства, различия и эволюционная подсказка
Ученые также выявили различия между человеческим и дрожжевым комплексами FACT, хотя их активность оказалась схожей. Исследования показали, что in vitro (в пробирке) дрожжевой FACT не функционирует без Nhp6. Однако in vivo (в живых клетках) его функции выполняются, возможно, благодаря компенсации со стороны других белков. Поэтому вопрос о способности дрожжевого FACT работать без Nhp6 остается открытым. Человеческий FACT, в свою очередь, не образует стабильных связей с нуклеосомами без дополнительных, пока неизученных у человека, белков.
Учитывая, что комплекс FACT эволюционирует крайне медленно (является эволюционно консервативным), ученые проверили гипотезу: добавление дрожжевого Nhp6 к человеческому FACT восстановило его функциональность! Это прорывное открытие позволяет предположить, что у человека существует пока неидентифицированный белок, выполняющий для FACT аналогичную вспомогательную роль.
Перспективы поиска и исследования
"В ближайших планах — поиск этого гипотетического Nhp6-подобного белка человека, — поделился планами Василий Студитский. — Также мы намерены определить роль разворачивания нуклеосом комплексом FACT в регуляции активности генов и выявлении участков генома с нарушенной структурой хроматина".
Исследование выполнено совместно с учеными Института биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Школы медицины Университета Юты и Онкологического центра Фокс Чейз.
Источник: scientificrussia.ru
