Коллектив авторов, в состав которого вошли сотрудники биологического факультета, изучил функции нуклеопорина Elys. Ученые определили участки хроматина, с которыми связывается этот белок в клетках дрозофилы. Ранее было известно, что он участвует в установлении контактов между хроматином и ядерным поровым комплексом, однако в цитируемой работе показали, что данный белок не обязателен для формирования такой связи. Также было впервые показано участие Elys в связывании ядерной ламины и ламина-ассоциированных доменов хроматина (ЛАДов), которое является критическим для корректного прохождения клетки через ее жизненный цикл и фазы деления. Исследование опубликовано в престижном журнале Communications biology.
Схематическое изображение прикрепления хроматина к ядерной оболочке // Источник: Сергей Ульянов, биологический факультет МГУ
Вся информация о живом организме находится в его ДНК, которая состоит из нуклеотидов. Последовательности нуклеотидов образуют гены, в которых закодирована структура белков, которые выполняют разнообразные функции – они могут быть «строительным материалом» для клеток и тканей, выполнять роль катализаторов в химических реакциях или регулировать работу генов. Считывание генетической информации происходит в процессе транскрипции, когда последовательность нуклеотидов ДНК конвертируется в молекулу РНК, которая потом служит матрицей для синтеза белка. Этот процесс в клетке жестко регулируется. В разных клеточных типах при разных условиях работают разные гены, и нарушения в работе генов влекут за собой развитие различных заболеваний. Активность генов регулируется посредством множества механизмов, одним из которых является пространственная организация генома.
Общая длина молекул ДНК в одной клетке человека – порядка 2 метров, но при помощи специальных белков ДНК компактно складывается и потому помещается в клеточном ядре. Комплекс ДНК и специальных белков-упаковщиков называется хроматин, разные участки которого имеют разную плотность упаковки. Это влияет на активность генов: чем плотнее упакован хроматин, тем сложнее различным регуляторным молекулам-активаторам подобраться к находящемуся в этой области гену и, следовательно, взаимодействовать с ним.
В клетках животных оболочка ядра содержит особый белковый слой – ламину. Чтобы из ядра и внутрь него могли попадать молекулы, имеющие сигнальную функцию или участвующие в протекающих реакциях, в стенках ядра имеются специальные отверстия, поры. Такие поры состоят из особых белков – нуклеопоринов – и образуют ядерный поровый комплекс (далее – ЯПК). К нуклеопоринам относится и белок Elys. Elys участвует в перераспределении хроматина во время деления клетки – в частности, связывает деконденсированный хроматин с ЯПК. Однако неизвестно, участвует ли Elys в связывании хроматина с ядерной ламиной, и если да, то как именно.
Команда исследователей, в состав которой вошли сотрудники биологического факультета, решила подробнее изучить нуклеопорин Elys и его участие в пространственной организации. Для этого проводили опыты на клетках плодовых мушек Drosophila sp. – стандартного модельного организма.
Результаты привели к следующим выводам. Так как уже было известно, что Elys связывает хроматин с ЯПК, решили проверить, что будет, если провести нокаут гена, кодирующего этот нуклеопорин, то есть «удалить» его из конкретной клетки. Оказалось, что в таких клетках поры в стенках ядра все равно образовывались. То есть наличие Elys не является критическим для их формирования. В ходе следующих экспериментов было выяснено, что Elys в комплексе с ЯПК связывается со многими участками хроматина в ЛАДах – такие зоны в хроматине, которые прикреплены к стенке ядра, то есть ламине. Привлекло внимание то, что такое взаимодействие необходимо, чтобы клетка могла нормально проходить через фазы жизненного цикла. В клетках, где не было этого нуклеопорина, структура хроматина была нарушена, из-за чего клетки не могли нормально делиться.
«Укладка хроматина в ядре – один из ключевых факторов, определяющих активность генов. Ядерные структуры – такие, как ламина, – заметно влияют на то, как будут упакованы те или иные участки хромосом. Изучение этого процесса поможет лучше понимать фундаментальные основы функционирования генома и различные аспекты развития некоторых заболеваний. Например, ламинопатий и, в частности, прогерии, при которой происходит быстрое и преждевременное старение организма, вызванное нарушениями в структуре ядерной ламины», — комментирует Сергей Ульянов, один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник кафедры молекулярной биологии биологического факультета МГУ.
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ