Дорожные знаки и светофоры на ДНК: физическая модель описывает распределение нуклеосом
logo

Пользовательского поиска

Friday 17th of August 2018

Дорожные знаки и светофоры на ДНК: физическая модель описывает распределение нуклеосом

Печать E-mail
Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Актуальные темы - Вглубь живой материи
Автор: Administrator   
23.08.2010 22:00
Геном организмов, чьи клетки имеют ядро, состоит из ДНК, которая упакована очень характерным образом. Большая часть ДНК плотно намотана на белковые частицы, называемые нуклеосомами, которые соединены друг с другом гибкими сегментами ДНК. Вся структура напоминает нитку ожерелья с нанизанными на нее жемчужинами. Такая организация хроматина играет главную роль в решении, какие гены активно экспрессируются и, следовательно, какие белки могут синтезироваться в данной клетке.

 

2

Рисунок: cnx.org

 

Биофизики профессор Ульрих Герланд (Ulrich Gerland) и Вольфрам Мёбиус (Wolfram Moebius) их Университета Людвига-Максимилиана (Ludwig-Maximilians-Universitaet - LMU) в Мюнхене недавно разработали модель, объясняющую распределение нуклеосом вокруг функционально важных сайтов инициации транскрипции. Транскрипция – первый шаг в процессе, в результате которого генетическая информация трансформируется в белки. В районе сайтов начала транскрипции ДНК должна быть свободна от нуклеосом. Исследователи установили, что отдаленные стоп-сигналы, расположенные по обе стороны от таких зон, должны активно предотвращать образование и слайдинг нуклеосом.

«Наша модель представляет собой полезный инструмент для расшифровки так называемого хроматинового кода, который определяет, как упакована ДНК и каким образом она становится доступной для транскрипции», - говорит Герланд, соавтор недавно опубликованного в он-лайн журнале PLoS Computational Biology исследования.

У высших организмов генетический материал каждой клетки упакован в компактные хромосомы, находящиеся в ядре. Основной структурной единицей хромосомы является нуклеосома. Нуклеосомы, каждая из которых состоит из двух копий четырех разных гистоновых белков, играют роль катушек, на которые намотаны цепочки ДНК, и связаны между собой более гибкими сегментами ДНК, как бусины на нитке. Но нуклеосомы – не только пассивная «упаковка» для поддержания компактной формы ДНК.

«Они оказывают решающее воздействие на регуляцию генов, поскольку помогают контролировать, какие сегменты ДНК могут транслироваться в белки», - объясняет Герланд (Центр теоретической физики Арнольда Зоммерфельда (Arnold Sommerfeld Center for Theoretical Physics - ASC) и Центр нанонауки (Center for NanoScience - CeNS) физического факультета LMU). Доступность ДНК является основной определяющей экспрессии генов, и поэтому представляет огромный интерес для молекулярных генетиков. Главным вопросом является то, как нуклеосомы распределены вокруг областей, с которых начинается транскрипция.

Выбор стартового сайта, или промоутера гена, является первым важным шагом в преобразовании генетической информации в строительные блоки и раствор всех клеток – белки. Оказывается, что такие сайты-промоутеры отмечены наличием свободных от нуклеосом зон, окруженных специфическим нуклеосомным паттерном.

Биологической функцией таких пробелов, как представляется, является обеспечение доступных стыковочных сайтов для транскрипционных молекулярных механизмов, в состав которых входят мультипротеиновые комплексы, состоящие из многих субъединиц. Вместе со своим аспирантом Вольфрамом Мёбиусом Герланд задался вопросом, нельзя ли объяснить характерное распределение нуклеосом вблизи сайтов начала транскрипции простым физическим принципом. Исследователи воспользовались так называемой моделью Тонкса, применяемой к взаимодействиям между диффундирующими частицами, ограниченными одним измерением.

«Если известно положение отдельной частицы, можно использовать модель для прогнозирования, в статистическом смысле, расположения частиц вблизи нее», - говорит Вольфрам Мёбиус, первый автор нового исследования. «Кроме того, наблюдается типичная картина колебаний плотности частиц». Анализ показал, что газовая модель Тонкса действительно описывает распределение нуклеосом с удивительной точностью. «Когда мы подставили в модель средние значения, выведенные из анализа большого количества промоутерных областей, расчеты дали типичный диапазон колебаний плотности нуклеосом, который мы видели в биологических системах», - объясняет Герланд.

Новая модель наилучшим образом согласуется с биологическими данными, если предположить, что границы по обе стороны от свободных от нуклеосом зон определяются различными условиями. «На стороне, расположенной ближе к сайту инициации транскрипции, должна находиться неподвижная нуклеосома, предотвращающая скольжение вдоль ДНК, как знак, говорящий «Дорога закрыта»», - объясняет Герланд. «На другой стороне свободного участка должен быть большой сегмент, где не может быть сосредоточения нуклеосом. Другими словами, там должен быть сигнал, который является для нуклеосом знаком «Парковка запрещена»».

Результаты, полученные Мёбиусом и Герландом, впервые количественно подтверждают статистическую модель распределения нуклеосом в геноме, предложенную американским биохимиком Роджером Корнбергом (Roger Kornberg), лауреатом Нобелевской премии в области химии за 2006 год, присужденной ему за изучение структуры РНК-полимеразы, открывшим в 1974 году нуклеосомы.

Новая модель способствует более глубокому пониманию правил, которые определяют, как устанавливается и регулируется структура хромосом. «Наши расчеты, безусловно, должны помочь в расшивке так называемого хроматинового кода, основы которого пока почти неясны», - говорит Герланд. «Этот код определяет детальный план организации трехмерной структуры генома».

 

 

По материалам

«Stop and Go» auf der DNA

 

Статья в PLoS Computational Biology: Möbius, Ulrich Gerland, Eran Segal. Quantitative Test of the Barrier Nucleosome Model for Statistical Positioning of Nucleosomes Up- and Downstream of Transcription Start Sites

 

3

 

 

 

Лауреат Нобелевской премии Роджер Дэвид Корнберг

(Roger David Kornberg) (Фото: club.foto.ru)


 

 

 

 

 

 

Related Articles:
 

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday645
mod_vvisit_counterYesterday789
mod_vvisit_counterThis week4082
mod_vvisit_counterLast week5950
mod_vvisit_counterThis month13203
mod_vvisit_counterLast month29443
mod_vvisit_counterAll days4077092

We have: 61 guests, 1 bots online
Your IP: 54.161.49.216
 , 
Today: Авг 17, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.