Решена одна из величайших загадок биологии

Международная группа ученых впервые обнаружила механизм, который контролирует репликацию (удвоение) молекулы ДНК. В течение десятилетий оставалось неизвестным, как обеспечивается правильная и безошибочная очередность копирования отдельных фрагментов ДНК. Статья исследователей опубликована в журнале Cell.

Синхронизацией репликации ДНК (англ. replication timing, RT) называется процесс, благодаря которому сегменты ДНК копируются в определенном порядке. Это свойственно эукариотическим клеткам, где молекулы ДНК являются очень длинными. Во время деления клетки вся ДНК в ней удваивается. Копирование начинается с разных точек начала репликации, но не со всех одновременно. Очевидно, что существует какой-то генетический механизм, который определяет порядок.

До сих пор оставалось плохо изученным, как гены регулируют репликацию хромосомы, несмотря на десятилетия исследований процесса удвоения. По словам Дэвида Гилберта (David Gilbert) из Университета штата Флорида, одного из авторов работы, для ученых это была сложная загадка, и только сейчас нашлось ее решение.

Биологи использовали CRISPR-систему для внесения в ДНК эмбриональной стволовой клетки мышей делеций (удаления целых генов или их частей) и инверсий (поворот участка хромосомы на 180 градусов). Модификация проводилась в топологически-ассоциированном домене (TAD) — кластере генов, которые имеют схожую активность и все вместе составляющие элемент трехмерной структуры молекулы ДНК. В данном случае TAD был связан с обеспечением плюрипотентности — важного свойства эмбриональных клеток превращаться во все другие клетки зародыша.

Оказалось, что удаление трех участков внутри TAD приводит к смещению синхронизации по всему домену, нарушениям в структуре TAD и прекращению транскрипции. Эти участки, названные контрольными элементами ранней репликации (ERCE), являются сайтами для связывания различных регуляторных молекул, в том числе контролирующих плюрипотентность транскрипционных факторов (Oct4, Sox2, Nanog; OSN), которые влияют на активность важных для развития эмбриона генов.