20010,0,3500,Сворачивание ДНК архей, опубликованное 10 августа в журнале Science, намекает на эволюционное происхождение сворачивания генома, процесса, который включает изгибание ДНК и который замечательно сохраняется у всех эукариот (организмов, у которых есть определенное ядро, окруженное мембраной). Подобно эукарии и бактериям, археи представляют собой одну из трех сфер жизни. Но считается, что археи включают ближайших из ныне живущих родственников древнего предка, который впервые натолкнулся на идею сворачивания ДНК.
Ученым давно известно, что клетки всех эукариот, от рыб до деревьев и людей, упаковывают ДНК одинаково. Нити ДНК намотаны вокруг «хоккейной шайбы», состоящей из восьми гистоновых белков, образующих так называемую нуклеосому.
Нуклеосомы нанизаны на нити ДНК, образуя структуру «бусинки на нити». Универсальная сохранность этого генетического ожерелья поднимает вопрос о его происхождении.
Если у всех эукариот один и тот же стиль изгиба ДНК, «значит, они произошли от общего предка», — говорит соавтор исследования Джон Рив, микробиолог из Университета штата Огайо. «Но что это был за предок, никто не задавал».Более ранняя работа Рива обнаружила гистоновые белки в архейных клетках. Но археи — это прокариоты (микроорганизмы без определенного ядра), поэтому было неясно, что именно делают эти гистоновые белки.
Изучая детальную структуру кристалла, содержащего ДНК, связанную с гистонами архей, новое исследование показывает, как именно работает упаковка ДНК.Люгер и ее коллеги хотели создать кристаллы комплекса гистон-ДНК у Methanothermus fervidus, теплолюбивого вида архей.
Затем они хотели бомбардировать кристаллы рентгеновскими лучами. Этот метод, называемый рентгеновской кристаллографией, дает точную информацию о положении каждой аминокислоты и нуклеотида в исследуемых молекулах. Но выращивание кристаллов было непростым делом (гистоны прилипали к любому конкретному участку ДНК, что затрудняло создание согласованных структур гистон-ДНК), и разобраться в данных, которые они могли получить, было нелегким делом. «Это была очень сложная кристаллографическая проблема», — говорит Люгер.
Тем не менее Люгер и ее коллеги настаивали. Постдокторант Судипта Бхаттачарья "победил эту штуку всем, что мог", — говорит Люгер, и в конечном итоге решил структуру.
Исследователи обнаружили, что, несмотря на использование одного типа гистонов (а не четырех, как у эукариот), археи складывали ДНК очень знакомым образом, создавая изгибы того же типа, что и в нуклеосомах эукариот.Но были и отличия.
Вместо отдельных бусинок на нити ДНК архей образовывала длинную суперспираль, одну большую кривую из уже скрученных нитей ДНК. «В Archaea у вас есть один-единственный строительный блок», — говорит Люгер. «Нет ничего, что могло бы остановить это. На самом деле, это почти как непрерывная нуклеосома».
Оказывается, это образование суперспирали важно. Когда постдокторский исследователь Франческа Маттироли вместе с лабораторией Сантанджело создали мутации, которые мешали этой структуре, у клеток возникли проблемы с ростом в стрессовых условиях. Более того, казалось, что клетки неправильно используют набор своих генов. «С этими мутациями ясно, что они не могут образовывать эти участки», — говорит Маттироли из Университета Колорадо в Боулдере.Результаты предполагают, что сворачивание ДНК архей является ранним прототипом нуклеосомы эукариот. «Я не думаю, что есть какие-либо сомнения в том, что это наследство», — говорит Рив.
Тем не менее, остается много вопросов. Люгер говорит, что хотела бы найти недостающее звено — структуру, подобную нуклеосоме, которая перекрывает разрыв между простой архейной складкой и сложной нуклеосомой, обнаруженной у эукариот, которая может упаковывать огромное количество ДНК в небольшое пространство и регулировать генное поведение по-разному. "Как мы попали отсюда туда?" она спрашивает.