
Молекулярные биологи из Бейлорского
медицинского колледжа провели наиболее
масштабное на сегодняшний день
исследование конформации суперскрученой
ДНК на уровне отдельных молекул.
Оказалось, что топологическое напряжение
значительно меняет свойства нуклеиновой
кислоты: делает ее существенно более
подвижной, чем можно было ожидать на
основе «канонической» структуры Уотсона
и Крика, которая верна для релаксированных
линейных молекул. Исследование
опубликовано в журнале Nature Communications.
Суперскрученными называют молекулы
ДНК, которые несут в себе топологическое
напряжение. Проще всего это представить
в аналогии с канатом: если канат состоит
из двух веревок (нитей ДНК), то соединив
канат в кольцо можно получить несколько
по-разному перекрученных форм. Например,
если перед соединением концов каната
предварительно раскрутить веревки, то
получится негативно суперскрученное
(«недокрученное») кольцо. Если
предватительно перекрутить веревки
сильнее, чем они закручены в нормальном
состоянии, получится положительно
суперскрученное («перекрученное»)
кольцо. В обоих случаях кольцо каната
(и ДНК) будет пытаться компенсировать
недо- и перекрученность сверхвитками,
то есть оборачиванием вокруг самого
себя (в противоположную сторону).
В новой работе молекулярные биологи проанализировали
поведение таких суперскрученных витков
на уровне отдельных молекул. Сделано
это было методом криомикроскопии.
Сначала ученые выделили чистые препараты
кольцевой ДНК с разной степенью
суперскрученности (с одним, двумя, тремя
и т.д. дополнительными или недостающими
витками). Затем эти препараты заморозили,
рассмотрели индивидуальные молекулы
такой ДНК в электронном микроскопе,
составили трехмерные модели этих слепков
и провели компьютерный «фиттинг» моделей молекул
в слепки.
Оказалось, что топологическое напряжение
делает молекулы с одним и тем же  уровнем
суперскрученности гораздо более
разнообразными, чем принято было думать
до сих пор. Существует выраженная
тенденция к тому, чтобы релаксированные
молекулы принимали кольцевую форму, а
суперскрученные (и негативные, и
позитивные) — форму, близкую из-за
большого числа супервитков к «палочке»
(из-за этого, кстати, они с разной скоростью
двигаются в геле под действием
электрического поля). Эта тенденция уже была хорошо известна, однако разброс в
форме все равно оказался очень большой — больше,
чем предсказывает молекулярное
моделирование, основанное на линейной B-форме ДНК.
Изучение топологии нуклеиновых кислот
имеет прямое отношение повседневной жизни клетки: и у бактерий, чей геном
существует в форме кольцевой ДНК, и у
ядерных организмов, подвижность ДНК
которых скована белками, нуклеиновая
кислота всегда существует в напряженной
форме (обычно — отрицательной). И эта
напряженность напрямую влияет на работу
генов, делая их более или менее удобными
для посадки соответствующих регуляторных
белков.Александр Ершов
