Активные гены выпетливаются из хромосом, чтобы их последовательность можно было прочесть.

Генетическая информация записана в ДНК, но чтобы она заработала, её нужно скопировать в РНК. Копирование участка ДНК в РНК называется транскрипцией, и выполняют её специальные белки РНК-полимеразы. Дальше одни РНК начинают работать как самостоятельные молекулы со своими функциями, а другие РНК служат шаблонами для синтеза белка.

РНК-полимераза на нити ДНК (синяя), которую она расплетает под собой и на расплетённом участке синтезирует РНК-копию (красная). (Иллюстрация: animaxx3d / Depositphotos)

Притом до сих пор не вполне ясно, как происходит транскрипция. РНК синтезируется в ядре, там, где в виде хромосом хранится ДНК, и как работают ферменты РНК-полимеразы (которые на самом деле являются сложным комплексом белков с разными задачами), мы довольно хорошо себе представляем. Но как пространственно организована работа этих ферментов с ДНК? Одна из наиболее популярных гипотез говорит о том, что РНК-полимеразы собраны в своеобразные транскрипционные станции в некоторых участках ядра, ДНК же — точнее, участок хромосомы с нужным геном — как-то подтаскивается к ним, и дальше ген как бы протаскивается через РНК-синтезирующие ферменты. Получается, что РНК-полимеразы практически неподвижны.

С другой стороны, есть известный феномен, когда хромосомы становятся похожи на ламповые щётки: участки ДНК выпетливаются из хромосомы так, что она действительно становится похожа на какой-то ёршик; эти петли содержат последовательности активных генов, по которым едет множество РНК-полимераз. Такие транскрипционные петли хорошо видны в некоторых особых клетках амфибий, птиц, насекомых и некоторых других животных. Однако непонятно, насколько подобный механизм вообще распространён: например, по некоторым причинам в хромосомах клеток млекопитающих увидеть транскрипционные петли до сих пор было невозможно.

Сотрудникам Мюнхенского университета это удалось: они выбрали несколько особо длинных и особо активных мышиных генов и с помощью разных методов микроскопии смогли буквально напрямую понаблюдать за их транскрипцией. Пока ДНК неактивна, она пребывает в компактном упакованном виде, но когда в гене возникает надобность, упаковка разворачивается, нить ДНК расплетается и на неё садятся ферменты-полимеразы. В статье в Nature Cell Biology говорится, что петля, которая высвобождается из хромосомы для транскрипции, в некоторых случаях может тянуться едва ли не через всё ядро. Причём длина петли обусловлена не столько физическим размером гена, сколько тем, насколько он активен, то есть насколько клетке нужен тот белок, который он кодирует. Если ген активен не слишком, некоторые его участки могут оставаться запакованными, высвобождаясь из упаковки на короткое время — соответственно, петля будет короче. Если же ген постоянно в работе, то он постоянно распакован почти на всю длину.

Транскрипционные петли достаточно жёсткие — потому, что на них сидят РНК-полимеразы, из которых выходят нити РНК, а на нити РНК одновременно садятся другие белки, которые выполняют с ней некоторые процедуры, упаковывают её и готовятся перетащить в другое место. То есть петля гена — это довольно сложный  комплекс, в котором происходит сразу несколько молекулярных процессов. Вероятно, не все гены читаются петлями, но всё же такой «петельный» способ, очевидно, достаточно широко распространён.