В каждой клетке тела человека помещается два метра ДНК. Весь секрет — в сложной 3D-структуре, благодаря которой нити ДНК упаковываются внутри клетки. С нарушениями упаковки связаны многие серьёзные заболевания — лейкемия, глиома, аутизм, онкологические заболевания. Учёные по всему миру пытаются понять, как именно конкретные заболевания связаны с нарушениями упаковки.

Шаг в этом направлении сделали учёные Сколтеха, Института биологии гена Российской академии наук и других ведущих научных организаций. В новой работе исследователи изучили пространственную организацию хроматина — ДНК и связанных с ней структурных белков — на одном из самых интересных модельных организмов в биологии — диктиостелиуме. Эта общественная амёба интересена своим переходным состоянием: большую часть времени амёбы существуют как отдельные клетки, но при ухудшении условий собираются в многоклеточные агрегаты и дифференцируются. Результаты опубликованы в журнале Nucleic Acids Research. 

«Диктиостелиум — существо одноклеточное. Но когда не хватает еды, отдельные клетки собираются в одного многоклеточного слизняка, потом изменяются, образуя что-то похожее на миниатюрный грибок: часть клеток, оказавшихся в шляпке, превращаются в споры и разлетаются, чтобы образовать новые колонии, а те, кому не повезло остаться в ножке, отмирают. Это очень интересная  точка перехода от одноклеточности к многоклеточности», — прокомментировал профессор, доктор биологических наук Михаил Гельфанд, соавтор работы и вице-президент по биомедицинским исследованиям Сколтеха.

Экспериментальные данные, полученные коллегами из Института биологии гена РАН, показали, что у диктиостелиума есть свой центр организации в ядре, к которому прикреплены все хромосомы — они выходят из него пучком. Такой же способ организации хромосом есть и у дрожжей. В то же время у человека и других млекопитающих каждая хромосома занимает свою определённую область в ядре.

«Если смотреть на усреднённые структуры хроматина в клетках человека и многих других организмов, нам покажется, что хромосомы сворачиваются в цепочку клубков — они называются топологически ассоциированными доменами. На самом деле, это не клубки, а результат усреднения петель, образовавшихся в отдельных клетках. У диктиостелиума этих клубков нет, а хроматиновые петли есть, причём они проявляются, возможно, даже ярче, чем у человека. Мы посмотрели, как изменяются эти петли на разных стадиях перехода от одноклеточного к многоклеточному образу жизни», — поделилась доцент Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха, доктор биологических наук и соавтор работы Екатерина Храмеева, лауреат премии Правительства Москвы молодым учёным в 2024 году.

Авторы выяснили, что гены в основании этих петель направлены навстречу друг другу. Механизм формирования этих петель, вероятнее всего, связан с белком, РНК-полимеразой, который синтезирует РНК по матрице ДНК. Встречное движение таких белков и формирует петлю, подобно тому, как попытка распутать клубок ниток с двух концов приводит к узелку посередине.