Коллектив авторов, в состав которого вошли сотрудники Института молекулярной генетики НИЦ «Курчатовский институт», Института биологии гена РАН, биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха, изучил функции нуклеопорина Elys.

Учёные определили участки хроматина, с которыми связывается этот белок в клетках дрозофилы. Ранее было известно, что он участвует в установлении контактов между хроматином и ядерным поровым комплексом, однако в цитируемой работе показали, что данный белок не обязателен для формирования такой связи. Также было впервые показано участие Elys в связывании ядерной ламины и ламина-ассоциированных доменов хроматина (ЛАДов), которое является критическим для корректного прохождения клетки через её жизненный цикл и фазы деления. Исследование опубликовано в престижном журнале Communications biology.

Вся информация о живом организме находится в его ДНК, которая состоит из нуклеотидов. Последовательности нуклеотидов образуют гены, в которых закодирована структура белков, которые выполняют разнообразные функции — они могут быть «строительным материалом» для клеток и тканей, выполнять роль катализаторов в химических реакциях или регулировать работу генов. Считывание генетической информации происходит в процессе транскрипции, когда последовательность нуклеотидов ДНК конвертируется в молекулу РНК, которая потом служит матрицей для синтеза белка. Этот процесс в клетке жёстко регулируется. В разных клеточных типах при разных условиях работают разные гены, и нарушения в работе генов влекут за собой развитие различных заболеваний. Активность генов регулируется посредством множества механизмов, одним из которых является пространственная организация генома.

Общая длина молекул ДНК в одной клетке человека — порядка двух метров, но при помощи специальных белков ДНК компактно складывается и потому помещается в клеточном ядре. Комплекс ДНК и специальных белков-упаковщиков называется хроматин, разные участки которого имеют разную плотность упаковки. Это влияет на активность генов — чем плотнее упакован хроматин, тем сложнее различным регуляторным молекулами-активаторам подобраться к находящемуся в этой области гену и, следовательно, взаимодействовать с ним.

В клетках животных оболочка ядра содержит особый белковый слой — ламину. Чтобы из ядра и внутрь него могли попадать молекулы, имеющие сигнальную функцию или участвующие в протекающих реакциях, в стенках ядра имеются специальные отверстия, поры. Такие поры состоят из особых белков — нуклеопоринов — и образуют ядерный поровый комплекс (далее ЯПК). К нуклеопоринам относится и белок Elys. Elys участвует в перераспределении хроматина во время деления клетки — в частности, связывает деконденсированный хроматин с ЯПК. Однако неизвестно, участвует ли Elys в связывании хроматина с ядерной ламиной и если да, то как именно.

Команда исследователей решила подробнее изучить нуклеопорин Elys и его участие в пространственной организации. Для этого проводили опыты на клетках плодовых мушек Drosophila sp. — стандартного модельного организма.

Результатом исследования стали следующие выводы. Так как уже было известно, что Elys связывает хроматин с ЯПК, решили проверить, что будет, если провести нокаут гена, кодирующего этот нуклеопорин, то есть, «удалить» его из конкретной клетки. Оказалось, что в таких клетках поры в стенках ядра всё равно образовывались. То есть, наличие Elys не является критическим для их формирования. В ходе следующих экспериментов было выяснено, что Elys в комплексе с ЯПК связывается со многими участками хроматина в ЛАДах — такие зоны в хроматине, которые прикреплены к стенке ядра, то есть ламине. Привлекло внимание то, что такое взаимодействие необходимо, чтобы клетка могла нормально проходить через фазы жизненного цикла. В клетках, где не было этого нуклеопорина, структура хроматина была нарушена, из-за чего клетки не могли нормально делиться.

«Укладка хроматина в ядре — один из ключевых факторов, определяющих активность генов. Ядерные структуры — такие, как ламина, — заметно влияют на то, как будут упакованы те или иные участки хромосом. Изучение этого процесса поможет лучше понимать фундаментальные основы функционирования генома и различные аспекты развития некоторых заболеваний. Например, ламинопатий и в частности прогерии, при которой происходит быстрое и преждевременное старение организма, вызванное нарушениями в структуре ядерной ламины», — комментирует Сергей Ульянов, один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник кафедры молекулярной биологии биологического факультета МГУ.

Источник: МГУ.