Исследователь из Университета штата Колорадо изучает, как эти выносливые микробы — которые составляют одну из трех выживающих сфер жизни — выражают свои гены, производят энергию и процветают в жарких и темных условиях.Оказывается, мы не так уж сильно отличаемся — во всяком случае биохимически — от архей.
Сантанджело, доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии, был в команде, которая обнаружила поразительные параллели между тем, как архейные клетки и более сложные клетки, в том числе человеческие и животные, упаковывают и хранят свой генетический материал. Революционное исследование, опубликованное в журнале Science ранее в этом году, предоставило доказательства того, что археи и эукариотические клетки имеют общий механизм уплотнения, организации и структурирования своих геномов.Исследование провела Каролин Люгер, ныне структурный биолог из Университета Колорадо в Боулдере.
Большинство результатов, представленных в журнале Science, были получены, когда Люгер был преподавателем CSU с 1999 по 2015 год.Небольшой обзор биологии в старшей школе: эукариоты — это клетки с ядром и мембраносвязанными органеллами, включая клетки грибов, растений и животных, в том числе человека. Они отличаются от своих менее сложных собратьев, прокариот, отсутствием ядра. Хотя археи и бактерии являются прокариотами, они имеют лишь отдаленное родство.
Археи являются вероятными предшественниками эукариот и имеют многие из тех же белков, которые контролируют экспрессию генов.Один из самых фундаментальных процессов в жизни — механизм, с помощью которого ДНК изгибается, сворачивается и втискивается в ядро ??клетки — характерен для всех эукариот, от микроскопических протистов до растений и людей.
Внутри ядра каждой эукариотической клетки находится несколько футов генетического материала, который уплотнен особым образом. Небольшие участки ДНК наматываются, как нить на катушку, примерно два раза вокруг восьми маленьких белков, называемых гистонами.
Весь этот комплекс ДНК-гистон называется нуклеосомой, а цепочка уплотненных нуклеосом — хроматином. В 1997 году Люгер и его коллеги впервые сообщили о точной структуре эукариотических нуклеосом с помощью рентгеновской кристаллографии.Сотрудник научной статьи Джон Рив обнаружил в 1990-х годах, что гистоновые белки не ограничиваются эукариотами, но также обнаруживаются в безъядерных клетках архей.
Ривз и Люгер начали сотрудничество по кристаллизации архейного хроматина на основе гистонов и сравнению этой структуры с эукариотическим хроматином.После нескольких лет остановок и запусков и проблем с выращиванием надежных кристаллов гистонов архей — Люгер назвал это «сложной кристаллографической проблемой» — ученым удалось решить структуру хроматина архей, обнаружив его структурное сходство с эукариотами.Судя по данным, ДНК архей образовывала длинные, извилистые, повторяющиеся супервыбросы. Исследователи не были уверены, была ли структура реальной или артефактом эксперимента.
Вот где команда Сантаджело из CSU предоставила ключевой опыт.«Моя группа взялась за задачу определить, представляет ли структура, разрешенная в кристаллах, биологически значимую структуру», — сказал он.
Команда Сантанджело создала варианты гистонов архей и проверила, как клетки живут, поскольку они разрушают суперспираль ДНК. Они обнаружили, что чем больше они дестабилизируют структуру, тем хуже становятся клетки. Их усилия подчеркнули достоинства структуры, определенной группой Люгера.Быть частью команды, которая предоставила столь фундаментальное понимание происхождения наших клеток, было одним из самых плодотворных моментов в карьере Сантанджело.
«Я думаю, что главное влияние этой статьи состоит в том, что идея уплотнения ДНК в этих структурах — очень древняя идея — вероятно, возрастом более 1 миллиарда лет», — сказал Сантанджело. «На сцену вышли гистоновые белки, и как только они начали упаковывать геномы, они в значительной степени стали незаменимыми для тех клеток, которые их кодировали».Сантанджело продолжит исследования структуры, функций и энергетических трансакций архей — тех древних мореплавателей, которые в настоящее время окончательно представляют собой древний прототип клеточной активности человека.