Раскрытие упаковки ДНК

Генетический материал большинства организмов содержится в ДНК, сложной органической молекуле. ДНК очень длинная — для человека длина молекулы оценивается примерно в 2 метра. В клетках ДНК находится в плотно упакованной форме, в которой цепи молекулы свернуты сложным, но эффективным образом, заполняя пространство. Ключевую роль в компактификации ДНК играют гистоны, структурные поддерживающие белки, вокруг которых может оборачиваться часть молекулы ДНК. Процесс обертывания ДНК-гистонов обратим — две молекулы могут разворачиваться и перематываться, но мало что известно о действующих механизмах. Теперь, применяя высокоскоростную атомно-силовую микроскопию (HS-AFM), Ричард Вонг и его коллеги из Университета Канадзавы (NanoLSI WPI) предоставляют ценную информацию о пространственно-временной динамике взаимодействий ДНК-гистонов.

Исследователи изучили взаимодействие между ДНК и гистоном H2A, одним из пяти основных гистонов. Чтобы проверить применимость HS-AFM в качестве жизнеспособного инструмента для визуализации взаимодействия ДНК-гистонов, они сначала сосредоточились на H2A в его нативном состоянии. Вонг и его коллеги смогли представить себе топологию молекулы и то, как она меняется с течением времени. Важно отметить, что они показали, что процесс HS-AFM, во время которого на молекулу постоянно действует сила удара, не приводит к конформационным изменениям или фактическому повреждению.

Для наблюдения в реальном времени взаимодействия ДНК-H2A с HS-AFM, ученые подготовили образцы ДНК разной длины и формы: плазмидная (длинная и кольцевая), длиннолинейная и коротко-линеаризованная ДНК, причем последняя имеет наивысшую подвижность. . Эксперименты показали, что выбор субстрата для размещения ДНК для построения изображений АСМ имеет решающее значение; липидный слой особого типа оказался хорошим, поскольку он не сильно поглощает нити ДНК.

Наблюдения за взаимодействием H2A с коротко линеаризованной ДНК, которую исследователи назвали «ДНК дюймового червя», привели к наиболее заметным результатам. В частности, можно выделить четыре различные ситуации взаимодействия: прикосновение, скольжение, сэндвич и заворачивание, при этом связанные движения действительно напоминают движения дюймовых червей.

Вонг и его коллеги также исследовали влияние ионной силы на сродство связывания ДНК-гистона, изменяя концентрацию соли в жидкости, содержащей агрегат ДНК-гистон. При увеличении солености жидкости агрегат растворялся. При повторном разбавлении жидкости — и таким образом уменьшении содержания соли — агрегат реформировался. Этот результат показывает, что изменение ионной силы (т. Е. Концентрации соли) окружающей среды комплекса ДНК-H2A обеспечивает способ имитировать вариации силы взаимодействий ДНК-гистонов, которые происходят в живых организмах.

Отчет Вонга и его коллег представляет собой первое наблюдение взаимодействий ДНК-гистонов в реальном времени и убедительно показывает применимость HS-AFM для изучения этого вида биологических процессов, в том числе в контексте заболеваний. Цитата исследователей: «[Our work] демонстрирует … потенциал для изучения агрегации белков и образования агрегатов белок-нуклеиновая кислота при различных заболеваниях человека «.

Наконец, стоит выделить вклад первого автора статьи, Горо Нисиде, который является докторантом Отделения нано-наук о жизни Высшей школы Frontier Science Initiative Университета Канадзавы. Г-н Нишиде сыграл ключевую роль в опубликованном исследовании под руководством профессора Вонга и доктора Лим, выполнив эксперименты, совместно разработав исследование и написав статью. Г-н Нишиде также участвует в программе WISE Университета Канадзавы по наноточной медицине, науке и технологиям, инициативе, направленной на инновации в профилактике, диагностике и методах лечения заболеваний, основанной на использовании нашего более глубокого понимания биологических и других процессов в наномасштабе.

Задний план

Атомно-силовая микроскопия Атомно-силовая микроскопия (АСМ) — это метод визуализации, при котором изображение формируется путем сканирования поверхности очень маленьким наконечником. Горизонтальное сканирование иглы контролируется пьезоэлектрическими элементами, а вертикальное движение преобразуется в профиль по высоте, в результате чего поверхность образца распределяется по высоте. Поскольку в методе не используются линзы, его разрешение не ограничивается так называемым дифракционным пределом, как, например, при дифракции рентгеновских лучей. В высокоскоростной установке (HS-AFM) этот метод можно использовать для создания фильмов о структурной эволюции образца в реальном времени, поскольку типичная биомолекула может быть сканирована за 100 мс или меньше. Теперь Ричард Вонг и его коллеги из Университета Канадзавы успешно применили технику HS-AFM для изучения обертывания ДНК вокруг структурных белков.

—

Источник: Кolibri.Рress