Взаимодействие простых неорганических полимеров (полифосфатов) с ДНК может помочь понять формирование генома, однако его механизм оставался загадкой. Исследователи провели эксперименты и обнаружили, что при определенной концентрации ионов магния ДНК и полифосфаты создают тонкие структуры. Это открытие может быть использовано для разработки новых инструментов контроля клеток.
ПолифосфатыЭто цепочки фосфатных соединений, присутствующие во всех живых организмах, от бактерий и грибов до растений и человека. Эти древние молекулярные «универсалы» регулируют множество клеточных процессов, включая свертывание крови у человека и реакцию на стресс у бактерий. Чаще всего их обнаруживают рядом с хроматином(является основой хромосом), но связь этих простых по структуре неорганических полимеров с ДНК долгое время оставалась неизвестной.
В бактериальных клетках полифосфаты способны образовывать особые конденсаты (безмембранные капли) в области нуклеоида, где хранится генетический материал. Такие клетки обычно обогащены ионами магния. Авторы исследования установили, что именно магний… опубликованного в журнале Nature Communications, В создании новых структур участвуют при связывании полифосфатов и ДНК.
Под руководством Лизы Рэки и Ашока Дениза группа исследователей наблюдала данный эффект с помощью флуоресцентной микроскопии (молекулы полифосфатов и ДНК маркировали красителями) и электронной криотомографии (для детального изучения структуры). Такой подход позволил зафиксировать прилегание нитей ДНК к поверхности конденсатов полифосфатов.
Исследования показали, что в присутствии магниевых ионов длинные полифосфатные цепи самопроизвольно собирались в капли. Формирование оболочки происходило только при определенной концентрации: слишком низкая или высокая концентрация ионов магния прерывала процесс. Это значит, что даже небольшие концентрации магниевых ионов могли изменять поведение ДНК и размер полифосфатных конденсатов. Длинные цепи ДНК уменьшали размер капель, препятствуя их слиянию.
Открытие дает возможность взглянуть на роль полифосфатов в структуре ДНК с новой точки зрения, поскольку их наличие может изменять форму и функцию хроматина. Ученые отметили, что описанный механизм, вероятно, распространен широко и не ограничивается бактериальными клетками: магний и ДНК встречаются повсеместно. Как и полифосфаты.
Поскольку полифосфатные конденсаты – подходящий вариант наноконтейнеров для упаковки лекарственных веществ, результаты исследования будут применяться в биоинженерии. Понимание того, что оболочка из ДНК влияет на форму и поведение конденсатов, позволит лучше управлять структурой подобных комплексов.
Чтобы определить применимость этого механизма к другим молекулярным взаимодействиям в клетках, ученые планируют провести дополнительные эксперименты с добавлением к ДНК и полифосфатам различных белков и компонентов. Влияние таких простых полимеров, как полифосфаты, на конфигурацию генетического материала и клеточные функции при наличии магния и ДНК может дать впечатляющие результаты будущих исследований.