26 May 2023, 19:30

Биологи изучили динамику важного для регуляции генома димера гистоновых белков

Длина молекулы ДНК человека составляет примерно 170 см. Причем столь длинная молекула содержится в каждой клетке организма, которых у среднего человека около 30 триллионов. Чтобы геном был компактным, длинная молекула ДНК намотана на специальные белки, как нитка на систему катушек, и от того, каким именно образом она намотана, зависит работа генома. Например, гены, ДНК которых упакована с редким расположением катушек, будут считываться легче и чаще, чем гены с плотной упаковкой. Катушка, на которую наматывается ДНК, называется нуклеосомой. Она состоит из восьми молекул белков гистонов H2A, H2B, H3 и H4 — по две молекулы каждого вида.

Помимо обеспечения компактизации ДНК, нуклеосомы участвуют в регуляции работы генома. Важную роль в этом играют димеры H2A-H2B. Они стабилизируют общую структуру нуклеосомы и контролируют ее активность. Например, делают возможными разворачивание молекулы ДНК и ее движение вдоль нуклеосомы. Если работа гистонового кора плохо контролируется, это может привести к развитию заболеваний, в частности, онкологических.

Несмотря на важность происходящих процессов, все еще неясно, как именно H2A-H2B димеры участвуют в работе нуклеосом. Команда исследователей кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ решила изучить динамику этих процессов. Для этого ученые использовали метод полноатомного молекулярного моделирования, для которого понадобились вычислительные мощности суперкомпьютера МГУ «Ломоносов-2». Этот метод позволяет детально рассмотреть проходящие динамические процессы на субмолекулярных уровнях, а также лучше понять, как связаны между собой разные этапы таких взаимодействий. Для исследований использовали гистоны гладкой шпорцевой лягушки — классического модельного объекта в биологии. Ученые проводили моделирование двух типов систем: свободного димера гистонов H2A-H2B и полной нуклеосомной коровой частицы из восьми молекул гистонов и ДНК.

Результаты показали, что димеры в свободной форме имеют большую динамику, чем в составе нуклеосомы. Кроме того, исследователи обнаружили, что образование стабильных контактов между димером и ДНК приводит к изгибанию ДНК, а также смещению изгиба димера в сторону этих контактов. То есть, общая динамика сгибания димера зависит от того, как он взаимодействует с ДНК. Ученые также смогли проанализировать, что на такую динамику влияет и то, насколько изогнулась ДНК.

«Хроматин — нуклеопротеид клеточного ядра, составляющий основу хромосом, является динамичной структурой и через изменение динамических свойств каркасных частей хроматина происходит регулирование его функций. Тонкие моды динамики гистонов уже были показаны в ряде исследований структуры нуклеосомы, однако их значение до сих пор не было раскрыто. В нашей работе была показана связь между динамикой гистонов и функционально-важной динамикой ДНК, а также выдвинуты гипотезы о механизме регулирования активности хроматина в результате изменения последовательности гистонов», — пояснила первый автор исследования, аспирант кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Анастасия Князева.

News article publications

Read also

ДНК-аптамерные метки помогли видеть глиому прямо во время операции на мозге
Они со 100% избирательностью связывались с клетками опухоли и при этом были безопасны для подопытных животных
Molecular Biology
Molecular modeling
Oncology
10 April 2023
Раскрыт принципиально новый механизм хранения информации в ДНК
Эксперименты российского ученого показали, что для этого даже не обязательна комплементарность цепочек нуклеиновой кислоты — достаточно относительно слабых взаимодействий между ними
Genetics
Molecular Biology
Molecular modeling
19 January 2023
Фермент из яда гадюки Никольского против вируса SARS-CoV-2
Исследования, проведенные сотрудниками Отдела молекулярной нейроиммунной сигнализации ИБХ РАН и НИЦЭМ им.Н.Ф.Гамалеи, показали, что фосфолипазы А2 (PLA2) из змеиного яда защищают клетки Vero E6 от цитопатического эффекта SARS-CoV-2.
Molecular Biology
Molecular modeling
Virology
9 November 2021
Ускорен поиск новых лекарств с помощью машинного обучения
В последние годы компьютерное моделирование сильно облегчило создание новых лекарств за счет предсказания структуры молекул и их взаимодействий. Однако даже такой «чисто компьютерный» скрининг может быть слишком дорог и затруднен, если речь идет о миллионах веществ. Поэтому авторы новой статьи в Journal of Chemical Information and Modeling — исследователи из МФТИ, Университетов Гронингена и Гренобля, — сделали этот процесс намного быстрее и эффективнее с помощью активного машинного обучения.
Drug Design
Machine learning
Molecular Biology
13 February 2024
Найдена новая форма жизненно важных белков — актинов
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института цитологии РАН, Объединенного института ядерных исследований и Университета Южной Флориды (США) изучили инактивированную форму белка актина. Это исследование поможет в понимании механизмов функционирования ядра живой клетки — органеллы, в которой сосредоточен наследственный аппарат, и в разработке новых методов терапии возрастных заболеваний.
Cell Biology
Microbiology
Molecular Biology
11 February 2024
Раскрыты особенности структурной и регуляторной эволюции генов человека
Ученые Сеченовского Университета и МФТИ впервые в мире сравнили скорость регуляторной и структурной эволюции отдельных генов, а также целых молекулярных путей, в которые вовлечены продукты многих генов. Исследование открыло ранее неизвестные особенности молекулярной эволюции генов человека, что впоследствии послужит основной для новых разработок, в том числе в поиске путей лечения различных заболеваний.
Evolution
Evolutionary biology
Genetics
Molecular Biology
7 February 2024