Ученые из МГУ использовали расчеты суперкомпьютера «Ломоносов-2» для моделирования движения ДНК на атомном уровне. Они описали, как ДНК взаимодействует в нуклеосомах с белками гистонами, а также обнаружили новые механизмы включения и выключения генов. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
В упаковке молекулы ДНК в хроматин участвуют специальные белки — гистоны. ДНК и гистоны образуют нуклеосомы — структурные единицы хроматина. Тот не только позволяет компактно сложить ДНК, но и определяет судьбу клеток. Одна из задач современной биологии — разобраться, как последовательность нуклеотидов ДНК читается молекулярными механизмами.
«Каждая живая клетка постоянно решает, какие именно генетические инструкции ей читать в данный момент. Этот выбор происходит на молекулярном уровне в результате сложных взаимодействий между молекулами. Насколько легко прочитать тот или иной ген, определяется физическими законами, взаимодействиями атомов молекулы ДНК с атомами связанных с ней белков, — рассказывает первый автор работы, ведущий научный сотрудник кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Алексей Шайтан.
Как именно происходят движения ДНК в нуклеосоме, до последнего времени оставалось неясным. Чтобы разобраться с этим, ученые из МГУ смоделировали на суперкомпьютере «Ломоносов-2» молекулярную динамику нуклеосом на атомном уровне на рекордно длинных для компьютерного моделирования временах — 15 микросекунд.
В полученной модели ученые наблюдали, как ДНК откручивается от нуклеосомы, и фиксировали происходящие при этом деформации ДНК, позволяющие молекуле скользить вдоль белкового ядра. Двойная спираль ДНК действует подобно винту, вероятно, она может одновременно скользить и прокручиваться вдоль поверхности белка. Ученым удалось показать, что благодаря локальным деформациям ДНК и гистонов этот процесс происходит поэтапно. Сначала прокручивается одна часть ДНК, а затем следующая — своего рода гусенично-винтовой механизм.
Также авторы обнаружили белковую «застежку», которая удерживает ДНК в закрученном состоянии и ловит открученную ДНК. Одна из частей работы посвящена предсказанию формы и длины нитей хроматина, формируемых нуклеосомами в разных отвернутых состояниях. Исследование вносит и важный вклад в расшифровку механизмов функционирования генома.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
