Геном і спростована теорія

Наш спадковий матеріал впорядковано у клітинних ядрах зовсім інакше, ніж це описують підручники.
Адже хроматин, що складається з ДНК і білків, утворює хаотичні складки і клубки замість того, щоб упорядковано прилягати до товстих волокон. Це виявили в результаті першого безпосереднього спостереження за хроматином у непошкоджених клітинах. Так, з’явилися абсолютно нові уявлення про поєднання форми і функцій ДНК, повідомляють учені в журналі «Science».
ДНК з білками поєднуються в хроматиновые нитки, схожі на перлове намисто. Але як вони розташовані в ядрі клітини, досі знали лише теоретично. Ілюстрація нижче демонструє попередню думку, описану в підручниках: «намисто» складається з акуратно складених волокон, які поступово стають товщі.
ДНК-носій спадкової інформації, тобто свого роду довідкове бюро для всіх клітин організму. Відповідно, вона безмежна: ДНК лише з однієї клітини має приблизно два метри довжини, а спадковий матеріал усіх клітин нашого організму, складений воєдино, склав би шлях звідси до карликової планети Плутон.
Однак, як ця довжелезна вервечка поміщається лише в шести мікрометрів клітинного ядра? Власне це питання залишається нез’ясованим навіть сьогодні по 60 роках після відкриття ДНК.
Відомо, що ДНК з білками зв’язуються в гистоны, а потім в хроматин, як перлини в намисті. Згідно теорії, з хроматину складаються хромосоми. Більшість підручників зазначає: хроматиновые нитки перетворюються у все більш товсті волокна спочатку 30, а потім до 120 і 320 нм завтовшки. І вже потім вони об’єднуються в хромосоми.
Чи це Так, до цих пір не вдавалося з’ясувати, адже не існувало жодного методу спостереження, який би не передбачав руйнування або пошкоджень клітини. «Це один з найбільш упертий викликів біології: побачити вищу структуру ДНК, як вона пов’язана з функціями геному», – пояснила керівник дослідження Клода о’ши (Clodagh o’shea) з Інституту біологічних досліджень імені Джонаса Солка в Ла-Хойї.
Власне цей виклик вона прийняла з колегами. Дослідники винайшли такий барвник, який вибірково приєднує метал до ДНК, роблячи видимим структуру хроматину, не змінюючи її і не руйнуючи. Так, дослідникам вдалося підготувати спадковий матеріал у клітинному ядрі непошкодженій клітини за допомогою електронної томографії відтворити в тривимірному форматі.
Несподіваний результат: від описаних в підручниках впорядкованих волокон і структур не було й сліду. Навпаки: хроматин у клітинному ядрі утворював хаотичні кластери, в яких спадковий матеріал по-різному складався в складки або згортався в клубок, свідчать знімки.
«Наприклад, ми спостерігали хроматичну ланцюжок з короткими ланками, на яких хроматин здавався складений штабелями, розповіли дослідники. Потім знову попалася ланцюжок, спірально закручена. Інший повторюваний зразок петлі різних величин всередині і між нитками хроматину».
Ця на вигляд хаотична структура хроматину суперечить поширеній теорії, тому підручники потрібно повністю переписати. «Наші результати показують, що хроматин не повинен утворювати стійку структуру вищого порядку, щоб пристосуватися до клітинного ядра, пояснила Оші. Зате щільність упаковки ДНК становить основу для утворення різних структур».
Ступінь щільності також визначає, де можна прочитати ДНК, кажуть дослідники. Необхідні для цього ферменти переправляють складки або клубки. «Тобто щільність упаковки контролює функціональну активність нашого геному і можливість дістатися до нього», пояснила Оші. Так була розгадана одна з найбільших таємниць нашого спадкового матеріалу. Завдяки новій можливості спостерігати за хроматином у живому часі, відтепер вчені можуть безпосередньо дослідити, як вища структура ДНК впливає на її активність.
«Це відкриває нові можливості в науці, і в медицині. Візуалізація волокон хроматину в клітинному ядрі новаторське досягнення», – пишуть у супровідному коментарі до дослідження Даніел Ларсон (Sarah Larson) і Тому Мистели (Tom Misteli) з Американського національного Інституту боротьби з раком.