Генетики раскрыли 3D-структуру генома у «социальной» амебы

Сотрудники Сколтеха, Института биологии гена Российской академии наук и других ведущих научных организаций изучили пространственную организацию хроматина — ДНК и связанных с ней структурных белков — на одном из самых интересных модельных организмов в биологии — диктиостелиуме. Эта общественная амеба интересна своим переходным состоянием: большую часть времени амебы существуют как отдельные клетки, но при ухудшении условий собираются в многоклеточные агрегаты и дифференцируются.

«Диктиостелиум — существо одноклеточное. Но когда не хватает еды, отдельные клетки собираются в одного многоклеточного слизняка, потом изменяются, образуя что-то похожее на миниатюрный грибок: часть клеток, оказавшихся в шляпке, превращаются в споры и разлетаются, чтобы образовать новые колонии, а те, кому не повезло остаться в ножке, отмирают. Это очень интересная точка перехода от одноклеточности к многоклеточности», — прокомментировал профессор, доктор биологических наук Михаил Гельфанд, соавтор работы и вице-президент по биомедицинским исследованиям Сколтеха.

Экспериментальные данные, полученные коллегами из Института биологии гена РАН, показали, что у диктиостелиума есть свой центр организации в ядре, к которому прикреплены все хромосомы — они выходят из него пучком. Такой же способ организации хромосом есть и у дрожжей. В то же время у человека и других млекопитающих каждая хромосома занимает свою определённую область в ядре.

«Если смотреть на усредненные структуры хроматина в клетках человека и многих других организмов, нам покажется, что хромосомы сворачиваются в цепочку клубков — они называются топологически ассоциированными доменами. На самом деле, это не клубки, а результат усреднения петель, образовавшихся в отдельных клетках. У диктиостелиума этих клубков нет, а хроматиновые петли есть, причём они проявляются, возможно, даже ярче, чем у человека. Мы посмотрели, как изменяются эти петли на разных стадиях перехода от одноклеточного к многоклеточному образу жизни», — отметила доцент Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха, доктор биологических наук и соавтор работы Екатерина Храмеева, лауреат премии Правительства Москвы молодым учёным в 2024 году.

Оказалось, что гены в основании этих петель направлены навстречу друг другу. Механизм формирования этих петель, вероятнее всего, связан с белком, РНК-полимеразой, который синтезирует РНК по матрице ДНК. Встречное движение таких белков и формирует петлю, подобно тому, как попытка распутать клубок ниток с двух концов приводит к узелку посередине, сообщила пресс-служба Сколтеха.