Исследования Йоркского университета показали, что гены контролируются «нано футбольными мячами» - структурами, которые выглядят как футбольные мячи, но в 10 миллионов раз меньше среднего мяча.
Поместив крошечные светящиеся зонды на факторы транскрипции - специальные химические вещества внутри клеток, которые контролируют, «включается» или «выключается» ген, - исследователи получили замечательное новое понимание того, как гены контролируются.
Важно отметить, что они обнаружили, что факторы транскрипции действуют не как отдельные молекулы, как считалось ранее, а как сферический футбольный кластер из примерно семи-десяти молекул диаметром примерно 30 нанометров.
Открытие этих нано-футбольных мячей не только поможет исследователям лучше понять основные принципы работы генов, но также может дать важную информацию о проблемах со здоровьем человека, связанных с целым рядом различных генетических заболеваний, включая рак.
Исследование, проведенное при поддержке Исследовательского совета по биотехнологии и биологическим наукам (BBSRC) и опубликованное в eLife, было проведено учеными из Йоркского университета, Гетеборгского университета и Технологического университета Чалмерса, Швеция.
Исследователи использовали передовую микроскопию сверхвысокого разрешения, чтобы наблюдать за нано-футбольными мячами в режиме реального времени, используя тот же тип дрожжевых клеток, который используется при выпечке и пивоварении.
Профессор Марк Лик, заведующий кафедрой биологической физики Йоркского университета, руководивший работой, сказал: «Наша способность заглядывать внутрь живых клеток, по одной молекуле за раз, просто захватывает дух».
"Мы понятия не имели, что обнаружим, что факторы транскрипции действуют таким сгруппированным образом. Все учебники предполагали, что для включения и выключения генов использовались отдельные молекулы, а не эти сумасшедшие нанофутбольные мячи, которые мы наблюдали."
Команда считает, что процесс кластеризации происходит благодаря изобретательной стратегии клетки, позволяющей факторам транскрипции как можно быстрее достигать своих генов-мишеней.
Профессор Лик сказал: «Мы обнаружили, что размер этих нано-футболов удивительно близко соответствует промежуткам между ДНК, когда она сжимается внутри клетки. Поскольку ДНК внутри ядра действительно сжимается, вы получаете небольшие промежутки между отдельными нитями ДНК, которые подобны сетке в рыболовной сети Размер этой сетки очень близок к размеру нано-футбола, который мы видим.
Это означает, что нано-футбол может катиться по сегментам ДНК, а затем прыгать к другому соседнему сегменту. Это позволяет нано-футболу находить конкретный ген, которым он управляет, гораздо быстрее, чем если бы нано-прыжки были невозможны. В другом Словом, клетки могут максимально быстро реагировать на сигналы извне, что является огромным преимуществом в борьбе за выживание».
Гены состоят из ДНК, так называемой молекулы жизни. Со времени открытия ДНК в виде двойной спирали, сделанного в 1950-х годах исследователями-первопроходцами в области биофизики, многое стало известно о факторах транскрипции, которые могут контролировать включение или выключение гена.
Если ген включен, специализированный молекулярный механизм в клетке считывает его генетический код и преобразует его в единую белковую молекулу. Затем могут быть созданы тысячи различных типов белковых молекул, и когда они взаимодействуют, управлять строительством всех замечательных структур внутри живых клеток.
Процесс контроля того, какие гены включаются или выключаются в любой конкретный момент времени, является фундаментальным для всей жизни. Если что-то пойдет не так, это может привести к серьезным проблемам со здоровьем. В частности, дисфункциональное переключение генов может привести к бесконтрольному росту и делению клеток, что в конечном итоге может привести к раку.
Это новое исследование может помочь понять проблемы со здоровьем человека, связанные с целым рядом различных генетических нарушений. Следующими этапами будет расширение этого исследования на более сложные типы клеток, чем дрожжи, и, в конечном счете, на клетки человека.