Учёные выяснили, что правильно «упаковать» хромосомы в ядре помогает белок Elys. Ранее считалось, что в укладке генетического материала участвуют только белки ламины, нарушения в работе которых приводят к синдрому ускоренного старения — неизлечимому генетическому заболеванию. Оказалось, что белок Elys прикрепляет неактивные участки хромосом к ядерной оболочке и активирует «рабочие» области в центральной части ядра. Лучшее понимание процесса укладки хромосом и выявление обеспечивающих его белков поможет искать препараты от болезней, связанных с ускоренным старением. Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Communications Biology.

В ядрах живых клеток хромосомы «упакованы» определенным образом: например, участки, в которых располагаются активно работающие гены, чаще всего находятся в центральной области ядра, а «молчащие» последовательности — на периферии, у ядерной оболочки (мембраны). Правильно распределить хромосомы в пространстве помогают белки ламины, которые взаимодействуют с неактивными участками ДНК и «подтягивают» их к ядерной мембране. Исследования показывают, что нарушения в организации хромосом приводят к различным заболеваниям. Так, например, мутации в ламинах вызывают синдром ускоренного старения, с которым люди редко доживают до 13 лет. В целом белки ламины ассоциированы со старением, поскольку с возрастом они деградируют. Поэтому исследование белков, обеспечивающих правильную упаковку хромосом, может помочь понять, как бороться с синдромом ускоренного старения.

Биологи из Сколковского института науки и технологий (Москва) с коллегами выяснили, что, помимо ламинов, прикрепление хромосом к ядерной оболочке обеспечивает еще один белок — Elys. Ранее было известно только то, что он находится в мембране ядра и участвует в транспорте различных соединений (в частности РНК и белков) между ядром и остальной клеткой. Однако некоторые исследования указывали на то, что Elys способен связываться с хромосомами. Это позволило ученым предположить, что Elys может, как и ламины, связывать ДНК с ядерной оболочкой, а значит, участвовать в укладке генетического материала.

Авторы исследовали функции белка Elys в клетках плодовой мушки Drosophila melanogaster. Ученые искусственно «выключили» в клетках слюнных желез дрозофил ген, отвечающий за синтез белка Elys. В результате получились клетки, в которых этот белок отсутствовал. Далее исследователи сравнили упаковку хромосом в ядрах таких клеток с клетками, в которых Elys полноценно работал.

Оказалось, что в отсутствие белка Elys хромосомы, в норме связанные с ядерной оболочкой, «отходят» от нее и ложатся ближе к центру ядра. Это подтверждает предположение о том, что Elys связывает ДНК с мембраной. Подобно участкам хромосом, которые связываются с ламинами, ДНК, удерживаемая белком Elys вблизи ядерной оболочки, была неактивна. Таким образом, Elys помогает разместить «молчащие» гены подальше от центра ядра.

Однако анализ показал, что белок Elys находится не только в ядерной оболочке, но встречается и в центральных частях ядра. В этом случае он, напротив, связывается с активными участками ДНК. Возможно, здесь Elys выполняет еще одну функцию — помогает хромосоме принять «развернутую» форму, наиболее благоприятную для активного считывания генов.

«В этой работе мы показали, что белок Elys выступает важным игроком в процессе организации хромосом в ядре, роль которого ранее была плохо изучена. Поскольку нарушения в работе ламинов приводят к серьезным, пока неизлечимым заболеваниям, связанным с ускоренным старением, по аналогии можно предположить, что и Elys может быть ассоциирован с не менее тяжелыми болезнями. Эту связь нам еще предстоит установить в дальнейших работах», — рассказывает участник проектов, поддержанных грантами РНФ, Екатерина Храмеева, доктор биологических наук, доцент Центра молекулярной и клеточной биологии Сколковского института науки и технологий.

В исследовании также принимали участие сотрудники Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (Москва), Института биологии гена РАН (Москва) и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва).