Ядерный белок помогает отключить ту ДНК, которая должна быть неактивной, и одновременно помогает включиться генам, которые нужны клетке в рабочем состоянии.

ДНК умещается в клетке благодаря белкам-гистонам – они упаковывают ДНК, делают её компактной, так что два метра нуклеиновых кислот (именно такова общая длина всей ядерной ДНК у человека) укладывается в ядро диаметром всего около 10 микрометров. При этом гистоны не просто упаковывают ДНК, но также очень сильно влияют на активность генов в ней. В плотной гистоновой упаковке гены неактивны, потому что белки, считывающие генетическую информацию, не могут к ним подобраться. Если упаковка рыхлая, неплотная, то гены в такой ДНК в принципе доступны для чтения.

Человеческая клетка с окрашенным ядром (оранжевое), тубулиновыми нитями цитоскелета (зелёные) и отдельными белками цитоплазмы (синие). (Фото: Matthew Daniels / Welcome Collection) 

Но упаковка – это ещё не всё. Важно, как разные участки хромосом расположены относительно друг друга и относительно ядерной мембраны. Активно работающие гены чаще находятся в центре ядра, а молчащие – на периферии. Ту ДНК, которая должна быть у периферии, держат белки ламины (не путать с ламининами). Молекулы ламинов образуют нити-фибриллы, их переплетения выстилают ядерную мембрану довольно жёсткой белковой сеткой. В самой ядерной мембране сидят многочисленные и разнообразные белки – они передают сигналы из цитоплазмы в ядро и обратно, связывают ядро с цитоскелетом и обеспечивают транспорт молекул. Ламины взаимодействуют с мембранными белками, но также они взаимодействуют с хромосомами. Дело тут не столько в том, чтобы просто держать неактивную ДНК подальше от центра ядра, а чтобы не дать ей активироваться. Активность генов зависит не только от упаковки, но и от того, где они находятся в пространстве ядра: если участок хромосомы начинает двигаться к ядерному центру, его гены просыпаются и начинают работать. То есть ламины не дают работать генам, чья активность на данный момент не просто не нужна, но даже вредна. Мутации в ламинах вызывают приводят к мышечным дистрофиям, сердечным патологиям и синдрому ускоренного старения.

Сотрудники Института биологии гена РАН, Сколковского института науки и технологий и Института молекулярной генетики пишут в Communications Biology о ещё одном белке, который служит «якорем» для молчащей ДНК – это белок Elys. Он известен давно, но до сих пор его изучали преимущественно только как белок-нуклеопорин: он входит в состав ядерных пор, через которые из ядра в цитоплазму и из цитоплазмы в ядро идут разные соединения. В то же время есть данные, что Elys способен связываться с хромосомами. И вот сейчас исследователи решили выяснить, в чём смысл взаимодействия между хромосомами и этим белком. Эксперименты ставили с эмбрионами дрозофил, у которых выключали ген Elys. Оказалось, что та ДНК, которая должна молчать, пребывая у ядерной периферии, в клетках без Elys отходит к центру ядра, а гены в ней просыпаются.

В то же время какая-то доля Elys сидит на ДНК в ядерном центре, и если здесь Elys исчезает, то гены, которые должны быть активны, становятся более плотно упакованными и снижают активность. Получается, что Elys работает двойственным образом: будучи в составе ядерной поры, он помогает удерживать у ядерной мембраны ту ДНК, которая должна молчать, а когда он не связан с мембраной, он помогает работать той ДНК, которая должна работать.

В Elys, как и в любой другой белок, могут попадать мутации. Учитывая важность молекулярных процессов, в которые он вовлечён, а также его двойственную роль, от мутаций должны быть весьма серьёзные последствия; вполне возможно, что Elys связан с какими-то тяжёлыми заболеваниями. Но связь эту предстоит ещё установить.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ)

По материалам пресс-службы РНФ.