Огромное количество генетического материала должно быть упаковано в ядро каждой клетки - крошечный компартмент. Одна из самых больших проблем в биологии состоит в том, чтобы понять, как определенные области этой сильно упакованной ДНК могут быть задействованы, чтобы закодированные в них гены можно было «включить» или экспрессировать и использовать для производства РНК и белков.
Новая работа, опубликованная в журнале Molecular Cell группой биологов из Университета Карнеги, Университета Сунчунхян и Университета Джона Хопкинса, пролила свет на этот процесс, и их выводы имеют значение для некоторых возрастных заболеваний и распада органов.
Ядро, в котором находится ДНК клетки, окружено двумя слоями мембран. Часть клеточной ДНК упакована внутри ядра, а часть - на его периферии. Филаментообразующие белки, называемые ламинами, образуют сеть, которая соединяет ДНК на периферии ядра с этой ядерной мембраной.
Ламины эволюционно законсервированы, и у них есть несколько важных ролей, включая поддержание формы ядра и влияние на экспрессию генов, ощущая потребности клетки - подобно клеточному дворецкому. Мутации в ламинах или изменения количества ламиновых белков, присутствующих в клетке, связаны с дефектами развития животных, включая болезни человека, такие как преждевременное старение, некоторые нейропатии, пороки сердца и возрастной распад органов.
Поскольку ламины взаимодействуют с ДНК, находящейся на периферии ядра, многие ученые полагали, что удаление ламиновой сети повлияет только на сворачивание и упаковку ДНК, находящейся вблизи ядерной мембраны.
Но эта исследовательская группа, возглавляемая Исяном Чжэном из Университета Карнеги, показала, что, когда клеткам не хватает ламинов, изменения в упаковке ДНК на периферии ядра изменяют структурное положение сегментов ДНК внутри ядра.
Первоначально считалось, что ламины будут влиять только на экспрессию генов, кодируемых ДНК, упакованной на периферии ядра, но отчеты, в том числе наши собственные, показали, что клетки без ламинов или с мутациями, связанными с ламинами, имеют изменения в их экспрессии генов, обнаруженных по всей ДНК в ядре», - объяснил Чжэн.
Посредством углубленного анализа взаимодействий ДНК, происходящих в ядрах клеток, в которых отсутствуют ламины, команда продемонстрировала, что ламины поддерживают относительное положение сегментов ДНК по всему ядру. Когда положения генов изменяются из-за мутаций, связанных с ламином, или истощения ламина, гены не «включаются» или «выключаются» правильно. Это объясняет, почему белки с ядерной стороны могут влиять на экспрессию генов по всему ядру.
Известно, что ламины строят органы во время эмбрионального развития и поддерживают функции органов и тканей в более позднем возрасте. выражение может помочь объяснить, как достигаются эти важные функции ламинов», - добавил Чжэн.
Двигаясь вперед, команда хочет определить, как ламины ощущают потребности клетки, чтобы помочь вызвать экспрессию генов, потому что такое понимание имеет решающее значение для понимания процессов старения и болезней, связанных с ламинами.