Ремоделеры хроматина - белковые машины, которые упаковывают и распаковывают хроматин, плотно свернутый ДНК-белковый комплекс в ядрах клеток, - являются важными и мощными регуляторами критических клеточных процессов, таких как репликация, рекомбинация, транскрипция и репрессия генов. В новом исследовании, опубликованном 2 августа в журнале Nature, группа исследователей из Принстонского университета раскрывает более подробную информацию о том, как класс АТФ-зависимых ремоделеров хроматина, называемый ISWI, регулирует доступ к генетической информации.
Исследователи сообщили, что ремоделисты ISWI используют структурную особенность нуклеосомы, известную как «кислотный участок», для ремоделирования хроматина. Нуклеосома является фундаментальной структурной единицей хроматина, и ее часто сравнивают с нитью, намотанной на катушку.
«Кислотное пятно представляет собой отрицательно заряженную поверхность, представленную на каждой стороне нуклеосомного диска, которая образована аминокислотами, вносимыми двумя разными гистоновыми белками, H2A и H2B», - сказал Джеффри Данн, аспирант в Департамент молекулярной биологии Принстона и ведущий автор исследования. «Гистоновые белки в целом очень положительно заряжены, что делает отрицательно заряженную кислую область нуклеосомы очень уникальной. Распознавание кислой области никогда прежде не было вовлечено в ремоделирование хроматина».
Исследование проводилось в лаборатории Тома Мьюира, профессора химии класса Ван Зандта Уильямса-младшего 1965 года и заведующего кафедрой химии. Исследования группы Мьюира сосредоточены на выяснении физико-химических основ функций белков в биомедицинских системах.
Поскольку известно, что ремоделеры ISWI активно взаимодействуют с нуклеосомами, исследователи предположили, что сигналы в виде химических модификаций гистоновых белков, встроенных в нуклеосомы, сообщают ремоделерам, на какую нуклеосому воздействовать. Использование технологии высокопроизводительного скрининга, процесса анализа, часто используемого при разработке лекарств, позволило исследователям быстро провести десятки тысяч биохимических измерений, чтобы проверить свои предположения. «Количество известных модификаций хроматина, существующих in vivo, астрономическое», - сказал Данн.
Эксперименты не только показали, что специалисты по ремоделированию ISWI используют «кислотный участок» для ремоделирования хроматина, но также определили, что ремоделирующие ферменты вне семейства ремодулеров ISWI также используют эту структурную особенность, «предполагая, что эта функция может быть общее требование для ремоделирования хроматина», - сказал Данн. Он объяснил, что определенные химические модификации, которые действуют на гистоновые белки, соседствующие с кислым пятном, также обладают способностью усиливать или ингибировать активность ремоделирования ISWI. «Известно, что некоторые другие белки также задействуют кислотный участок в своем взаимодействии с хроматином, и мы также обнаружили, что такие модификации повлияли на биохимию некоторых из этих белков. Интересно, что у каждого протестированного белка была своя характерная реакция на этот набор модификаций».
Технология скрининга с высокой пропускной способностью также позволила создать обширную библиотеку данных для планирования будущих исследований, направленных на дальнейшее понимание регулирования ISWI. «В этом исследовании было получено огромное количество данных, указывающих на множество других новых регуляторных воздействий в виде модификаций хроматина на активность ремоделирования ISWI», - сказал Данн. «Долгосрочная цель нашей лаборатории - использовать этот ресурс данных в качестве стартовой площадки для дополнительных исследований, изучающих, как модификации хроматина влияют на ремоделирование ISWI, и как это влияет на различные роли, которые ремоделирующие ISWI играют в клетке».
Их результаты могут также выявить новый инструмент в молекулярном репертуаре клеток для ремоделирования хроматина и стимулировать исследования потенциальных терапевтических мишеней для рака. «Известно, что мутации кислотного участка происходят при определенных типах рака человека, что подчеркивает растущую важность кислотного участка в биологии хроматина», - сказал Данн.