Как узнать длину днк

Другие ответы

Садыков Борис Фагимович

Здравствуйте, Анастасия!

Если гуаниловых нуклеотидов 880 штук, то в двухцепочечной ДНК столько же и цитидиловых нуклеотидов, то есть 880 штук и 22%. Значит на долю А и Т приходится по 28% или их по 1232 штуки.

Длина одной цепи ДНК, состоящей из 880 + 1232 = 2112 нуклеотидов буде:

2112 х 0,34 нм = 718,08 нм (так как расстояние между двумя нуклеотидами равно 0,34 нм).

Не забывайте, пожалуйста, оценивать ответы экспертов.

Садыков Борис Фагимович

Анастасия!

Оказывается я ошибся в арифметических расчетах:

Если гуаниловых нуклеотидов 880 штук, то в двухцепочечной ДНК столько же и цитидиловых нуклеотидов, то есть 880 штук и 22%. Значит на долю А и Т приходится по 28% или их по 1120 штуки.

Длина одной цепи ДНК, состоящей из 880 + 1120 = 2000 нуклеотидов будет:

2000 х 0,34 нм = 680 нм (так как расстояние между двумя нуклеотидами равно 0,34 нм).

Не забывайте, пожалуйста, оценивать ответы экспертов.

Источник

Что такое ДНК и хромосомы

Что такое ДНК, и из чего она состоит? Кто и когда открыл эту молекулу в клетках человека и других живых организмов? Чем уникален открытый учеными механизм наследования, и какие последствия ждал весь мир после этого открытия? Всю необходимую информацию Вы можете узнать, прочитав эту статью.

Когда впервые в истории появилось упоминание о ДНК

Иоганнес Фридрих Фишер – врач и биолог-исследователь родом из Швейцарии, стал первым в мире ученым, выделившим нуклеиновую кислоту. Открытие случилось в 1869 году, когда он занимался изучением животных клеток, а именно лейкоцитов, которых много содержалось в гное. Совершенно случайно молодой ученый заметил, что при отмывании лейкоцитов с гнойных повязок от них остается загадочное соединение. Под микроскопом Иоганн обнаружил, что оно содержится в ядрах клеток. Это соединение Мишер назвал нуклеином, а в процессе изучения его свойств переименовал в нуклеиновую кислоту, из-за наличия свойств, как у кислот.

Роль и функции только открытой нуклеиновой кислоты были неизвестны. Однако многие ученые того времени уже высказывали свои теории и предположения о существовании механизмов наследования.

Нынешние взгляды на состав молекулы ДНК ассоциируются у людей с именами английских ученых Джорджа Уотсона и Фрэнсиса Крика, которые открыли структуру данной молекулы в 1953 году. За несколько лет до этого, в тридцатые годы, ученые из советского союза А.Н. Белозерский и А.Р. Кезеля доказали наличие ДНК в клетках во всех живых организмах, тем самым они опровергли теорию о том, что молекула ДНК находится только в клетках животных, а в клетках растений присутствует только РНК. Лишь спустя несколько лет, в 1944 году, группой освальдских ученых было установлено, что молекула ДНК является механизмом сохранения наследственной информации клетки. Таким образом, благодаря совместным усилиям и трудам исследователей человечество познало тайну процесса эволюции и его основных принципов.

ДНК в медицине

Открытие состава молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты позволило перейти медицине на новый уровень развития. Появилось большое количество новых направлений практической медицины, стали доступны новые методы лечения, диагностики. Благодаря этому фундаментальному открытию для науки и современным технологиям, человечеству стали доступны:

И это еще не все доступные для людей услуги, которые может предложить медицина, изучающая генетику. Выше были представлены только самые популярные среди людей тесты. Перспективой для многих ученых-генетиков является создание таких лекарств, способных победить все болезни на Земле и даже смертность.

Строение молекулы ДНК

От цепочки к хромосоме

В каждом живом организме находится миллионы клеток, а внутри этих клеток находится ядро. Клетки, содержащие в себе ядро, называются эукариотами или ядерными. У древних одноклеточных нет оформленного ядра. К таким безъядерным одноклеточным, или прокариотам, относятся бактерии и археи, например, кишечная палочка или серая анаэробная бактерия. Также ядро отсутствует в клетках вирусов и вироидов, однако причисление вирусов к живым организмам – вопрос спорный, о котором по сей день дискуссируют ученые.

В ядре находятся хромосомы – структурный элемент, в котором содержится молекула ДНК в виде спирали, хранящая внутри себя всю генетическую информацию клетки.

Процесс упаковки ДНК спиралей

Количество нуклеотидов в ДНК велико, и нужны длинные цепочки, чтобы вместить все их число, поэтому нити ДНК закручиваются в две спирали, что позволяет укоротить цепочки в 5 раз, сделав их более компактными. Нити ДНК могут также закручиваться в форму суперспирали. Двойная спираль пересекает свою ось и накручивается на специальные гистоновые белки – гиразы, образуя при этом супервитки. Таким образом, двойная спираль закручивается в спираль более высокого порядка. Сокращение цепочек в этом случае произойдет в 30 раз.

Как гены связаны с ДНК

Ген – самый изученный на сегодняшний день участок ДНК. Гены являются структурной единицей наследственности всех живых организмов. Цепочки нуклеотидов в ДНК состоят из генов, которые определяют генотип особи, например, цвет и разрез глаз, тип кожи, рост, группу и резус фактор крови и другие физиологические качества и особенности внешности.

Еще много отраслей генетики до конца не изучены, и до конца не раскрыты все функции генома, но ученые до сих пор продолжают изучение генов, чтобы добиться новых открытий в области генетики.

Хромосома: определение и описание

Хромосомы – структурный элемент клетки, находящийся внутри ядра. Они содержат в себе молекулы ДНК, в которых содержится вся наследственная информация.

Строение и виды хромосом:

Отсюда возникают различные типы хромосом:

Всего в клетке человека находится 46 хромосом: 22 пары аутосом, встречающиеся у обоих полов, и одна пара половых хромосом: XY – у мужчин, XX – у женщин. Забавно, что если прибавить к количеству хромосом хотя бы одну пару, то человек мог бы быть шимпанзе или тараканом, а если отнять, то – кроликом.

Еще интересно то, что человек и ясень имеют одинаковое количество хромосом, несмотря на принадлежность к разным видам и царствам.

Наследственные болезни

Генетический код – система записи генетической информации в ДНК и РНК в виде определенной последовательности в цепочке нуклеотидов. Он должен сохранять наследственную информацию в первоначальном виде, восстанавливая повреждения цепочки в последующем поколении с помощью ДНК. Однако ген может каким-то образом быть поврежден, либо в нем может произойти мутация.

Генные мутации – изменение в последовательности нуклеотидов, например выпадение, замена, вставка другого нуклеотида в цепочку. Последствия этих мутаций могут быть полезные, вредные или нейтральные. Примером полезных мутаций является устойчивость к минусовым температурам, увеличенная плотность костей, меньшая потребность во сне, устойчивость к ВИЧ и другие. Примером вредных мутаций является аллергия на солнечный свет, глухота слепота и так далее. К нейтральным мутациям относятся те мутации, которые не влияют на жизнеспособность, например, гетерохромия.

Существуют также летальные и полулетальные мутации. Летальные мутации несовместимы с жизнью и приводят к гибели организма на ранних этапах его развития, например, при рождении у особи отсутствует головной мозг. Полулетальные мутации не приводят к смерти особи, но значительно уменьшают ее жизнеспособность. К таким мутациям относятся заболевания человека, передающиеся по наследству. Например, наличие 47-й хромосомы может вызвать у человека синдром Дауна, а, наоборот, отсутствие 46-й парной хромосомы – сидром Шерешевского-Тернера.

Расшифровка цепочки ДНК

Расшифровка цепочки ДНК в клетке – это исследование всех известных генов в клетках человека. Хоть цена за такую услугу значительно упала за последние десять лет, однако такое исследование по-прежнему остается дорогим удовольствием, и не каждый человек сможет позволить себе оплатить такую услугу. Чтобы уменьшить цену этого исследования, расшифровку ДНК стали делить по тематикам. Таким образом, появились различные тесты, которые исследуют интересующую человека группу генов и ее функции.

Как происходит расшифровка цепочки ДНК?

Таким образом, ученые получают картину гена, которую можно изучить и расшифровать. Синтез РНК Нуклеотиды делятся на четыре базовых элемента, служащими основой для формирования генов: АТГЦ, или аденин, тимин, гуанин, цитозин. В их состав входят фосфорные остатки, азотистые основания и пептоза.

Важно, что молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты не должна выходить за пределы мембраны ядра. С помощью РНК, которая играет роль копии участка цепи с генетическим кодом, генетическая цепочка может покинуть ядро, попасть вовнутрь клетки и воздействовать на ее внутренние процессы.

Как это происходит:

Итак, группа генов, участвующих в процессе старения клеток может, как заставить процесс старения идти быстрее, так и вовсе его остановить и запустить процесс омолаживания. То есть, каждый из генов может спровоцировать синтез нескольких видов белка.

Сутягина Дарья Сергеевна

В нашей ДНК содержится очень много информации, но пока мы можем расшифровать лишь небольшой процент генов. Добавлю несколько интересных фактов о ДНК: возможность двойной ДНК у человека. Такое явление случается, когда при беременности в утробе развиваются близнецы, но в процессе развития плода они сливаются в одного человека. Длина одной молекулы ДНК человека равна 2 метрам, а общая длина цепочки ДНК всех клеток тела человека равна 16 млрд. километрам, что равно расстоянию от Земли до Плутона. ДНК человека и кенгуру всего лишь 150 млн. лет назад были одинаковыми. Все знания и информация во всем мире могла бы уместиться всего лишь в 2 граммах дезоксирибонуклеиновой кислоты.

ООО «Медикал Геномикс» Лицензия № ЛО-69-01-002086 от 06.10.2017

Юр. адрес: г. Тверь, ул. Желябова, 48

ООО «Лаб-Трейдинг», ИНН: 6950225035, ОГРН: 1186952017053, КПП:695001001

Юр. адрес: г. Тверь, ул. 1-Я За Линией Октябрьской Ж/Д, 2, оф. 22

Источник

О двухметровой ДНК, достоинствах фрактальной упаковки и генетической «робастности» как мериле долголетия

У всех высших организмов, включая человека, совокупная длина ДНК в каждой клетке составляет около двух метров! И этот чрезмерно длинный полимер должен каким-то образом разместиться в клеточном ядре, диаметр которого в обычной соматической клетке составляет всего 10 мкм, а в сперматозоиде – в 5—10 раз меньше. Каким же образом клетке удается «убить сразу двух зайцев» – компактно упаковать ДНК с сохранением возможности считывания генетической информации, и как работают такие «упакованные» гены?

Проблема упаковки ДНК в хромосомах клеточного ядра эукариотических организмов была поставлена еще в середине 1970-х гг.: этими исследованиями занялись несколько групп ученых, включая Нобелевского лауреата по химии Роджера Корнберга. Рассматривая молекулу ДНК в электронный микроскоп, исследователи обнаружили, что она очень напоминает бусины, нанизанные на нитку.

Как упакуем?

Выяснилось, что «бусины» (нуклеосомы) состоят из специальных белков (гистонов), на которые, как на валик, намотана в два оборота нить ДНК (порядка 150 пар нуклеотидов). Затем идет «нитка» – свободный участок (линкер, длиной 10—30 пар нуклеотидов), затем – следующая «бусина» и т. п. Всего же в каждой нашей клетке находится около 25 млн таких валиков, на которых размещено 70—90 % всей клеточной ДНК. Так как диаметр каждой «бусины» с намотанной на ней ДНК составляет порядка 10 нм, то часто ДНК, упакованную в нуклеосомы, называют десятинанометровой хроматиновой фибриллой.

Но этот уровень упаковки ДНК недостаточен – она все еще остается слишком длинной. Поэтому «бусины» укладываются в упорядоченные «стопки», которые перекручиваются одна вокруг другой, – так образуется соленоид диаметром 30 нм, что в итоге дает 30 нм хроматиновую фибриллу. Такая структура формируется спонтанно как за счет образования межмолекулярных водородных связей между гистонами, так и за счет связывания гистона H1 с линкерными участками ДНК. Однако вопрос, действительно ли ДНК упаковывается в клетке в столь организованную структуру, как соленоид, до сих пор остается открытым.

Но упаковка ДНК как в десятинанометровые, так и в тридцатинанометровые хроматиновые фибриллы все еще не обеспечивает ее достаточной компактизации: с помощью первого способа можно «укоротить» ДНК в 5—10 раз, второго – в 50 раз. Конечно, здесь мы немного лукавим, ведь наша ДНК не едина, а разделена на хромосомы, которых в соматической клетке 46 штук. Но даже учитывая обстоятельство, что при таком уровне упаковки длина одной хромосомы уменьшится примерно до 800 мкм, все равно трудно представить, чтобы она уместилась в клеточном ядре размером почти в сто раз меньше. Поэтому хроматиновые фибриллы сворачивается во фракталы.

Фрактальная глобула образуется за счет взаимодействия участков ДНК на коротких и длинных расстояниях, и хромосома занимает наконец свою так называемую «хромосомную территорию». Фрактальная структура позволяет упаковать в конечный объем объект практически бесконечной длины, причем так, что межхромосомные контакты будут маловероятны. Конечно, поддержание такой структуры требует определенных затрат энергии, но они окупаются, так как в результате автоматически достигается изолированность друг от друга нитей ДНК разных хромосом, которые теперь не могут спутаться. В противном случае было бы гораздо дороже «распутывать» нити ДНК, разрезая и сшивая их во время митотического деления клетки, когда надо быстро и точно поделить между дочерними клетками наследственный материал.

Расставим барьеры

Итак, задача упаковки ДНК в ядро решена, но теперь возникает другой вопрос – как до нее добраться белкам, копирующим и считывающим информацию с матрицы ДНК? Для большинства этих белков она будет просто недоступна, во-первых, из-за взаимодействия ДНК с гистонами. Во-вторых, благодаря сильной деформации (изогнутости) нити ДНК, из-за чего многие белки не смогут распознать на ней места своего связывания – сайты посадки. Как же природа решает эту проблему?

Есть такие ферменты – АТФ-зависимые хроматин-ремоделирующие белки. Эти крупные молекулы способны своими «руками» хвататься за два разных участка ДНК и, используя энергию АТФ, «схлопываться», отрывая таким образом участок ДНК от нуклеосомы. В результате образуется петля, и когда белок снова «развернется», то нуклеосома, как будто после удара плетки, изменит свое положение в пространстве. Получается что-то вроде знаменитого йо-йо на веревочке. В результате в тех или иных участках ДНК открываются (или закрываются) сайты посадки для ДНК-связывающих белков, таких как белки транскрипции, синтезирующие РНК по матрице ДНК.

Хроматин-ремоделирующих белков, которые постоянно «толкают» нуклеосомы, в ядре много. Но делают ли они это «целенаправленно» или спонтанно? Исходя из наших данных, хроматин-ремоделирующие белки не имеют каких-либо предпочтений к тем или иным генам, и расталкивание нуклеосом происходит по всей длине хроматиновой фибриллы. Как результат, при увеличении или уменьшении концентраций хроматин-ремоделирующих белков в клетке меняется динамика нуклеосом, которые повсеместно переползают с одних участков ДНК на другие.

Итак, несмотря на то что гистоновые «бусины» имеют некоторые предпочтения к определенным последовательностям ДНК, под действием хроматин-ремоделирующих белков они, как йо-йо, находятся в постоянном движении, зачастую занимая энергетически невыгодные позиции, как, например, в «жестких» участках ДНК.

«Бусины» на нити ДНК располагаются не случайным образом. Дело в том, что при намотке ДНК на гистоны, ДНК сильно искривляется. В свою очередь, способность молекулы гнуться во многом определяется последовательностью «букв»-нуклеотидов на том или ином ее участке. Конечная геометрия молекулы будет зависеть от соотношения пар нуклеотидов АТ и GC – одни комбинации будут гнуться лучше, другие хуже, и на этой основе можно предсказать степень связывания ДНК с гистонами. Но если бы все определялось лишь последовательностью «букв», то картина получилась бы статическая – нуклеосомы выстраивались бы как солдаты на плацу. В реальности это, к счастью, не так, и «бусины» могут перемещаться по нитке ДНК под действием АТФ-зависимых хроматин-ремоделирующих белков

Еще один механизм организации нуклеосом связан с потенциальными барьерами и ямами. Представим, что в результате энергичной «болтанки» нуклеосом под действием хроматин-ремоделирующих белков произошла успешная посадка ДНК-связывающего белка на свой сайт. В этом случае такой белок будет представлять собой барьер, ограничивающий движение нуклеосом. Аналогичным образом, если мы зафиксируем тем или иным способом одну из бусин на нитке ДНК, то это также создаст барьер, который, правда, в физике будет называться энергетической «ямой». Теперь нуклеосомы, отталкиваясь от барьеров и ям, будут самоорганизовываться примерно так же, как наши планеты выстраиваются относительно гравитационного поля Солнца.

Известно, что ген может находиться в двух состояниях – активном и неактивном. Когда гены «выключены», то расположение нуклеосом относительно друг друга определяется во многом ДНК-последовательностью и активностью хроматин-ремоделирующих белков. Теперь, если мы сопоставим расположение нуклеосом для разных «молчащих» генов относительно их начала (старта транскрипции), то результат будет выглядеть так, как будто «бусины» нанизали на нити ДНК в произвольном порядке.

Иное дело, когда мы сталкиваемся с «включенными» генами». В этом случае РНК-полимераза со своей «свитой» (различными белковыми факторами, регулирующими РНК-полимеразу) садится на ДНК в самом начале гена. Этот массивный белковый комплекс уже сам по себе представляет из себя существенный барьер, но для «надежности», как показали наши расчеты, РНК-полимераза «привязывает» первую (+1) нуклеосому в начале гена. Это, в свою очередь, приводит к возникновению потенциальной ямы, относительно которой и выстраиваются остальные «бусины». В результате, сопоставив расположение нуклеосом в активных генах относительно старта их транскрипции, мы увидим стройные ряды фазированных «бусин».

В подобном «фазировании» нуклеосом, возможно, есть немалое преимущество. Если представить транскрипцию в виде бега с барьерами, где РНК-полимераза – бегун, а нуклеосома – барьер, когда препятствия стоят упорядоченно, бегун уверенно проходит дистанцию с четким ритмом. Если же переставить барьеры случайным образом, то наш бегун – РНК-полимераза, будет спотыкаться, теряя ритм и темп. Конечно, эта гипотеза требует дальнейшей проверки, но, как мы увидим дальше, дистанция между барьерами существенно влияет на экспрессию генов.

Резюмируя, отметим, что глобальное динамическое равновесие в расположении «бусин» поддерживается все же ДНК-последовательностью и ее способностью к сгибанию, на что уже накладываются другие факторы, такие как активность хроматин-ремоделирующих белков, расстановка потенциальных барьеров и ям и т. п. Правда, пока мы не знаем, как местоположение «бусин» влияет на формирование фрактальных петель при упаковке ДНК в ядро, и как связать одномерную структуру с трехмерной. Однако решение этой задачи необходимо для полноты понимания процессов, благодаря которым ДНК сворачивается внутри ядра. Это, в свою очередь, даст возможность ответить на ряд ключевых вопросов, касающихся пространственной организации генома и его функционирования в упакованном состоянии внутри ядра. Решение этой проблемы требует комплексного подхода с тесным взаимодействием между биологами и физиками.

Бег с барьерами

Разобравшись с проблемами упаковки ДНК и расставив барьеры, рассмотрим, каким образом они связаны с регуляцией генов, и зададим провокационный вопрос: не исчерпала ли себя модель генетической регуляции Нобелевских лауреатов Ф. Жакобa и Ж. Моно?

В классической модели Жакоба и Моно регуляция рассматривается с точки зрения включения или выключения генов в ответ на вне- и внутриклеточные сигналы. Например, если мы заменим глюкозу на лактозу в среде, в которой растут бактерии, то включатся гены, отвечающие за метаболизм лактозы. И, как выразился Жак Моно: «что верно для бактерии, то верно и для слона» – гены человека и любых других организмов работают по схожим принципам. Но как в эту схему вписать регуляцию экспрессии генов на уровне упаковки ДНК в нуклеосомы?

Много ли энергии уходит на непрерывную «тряску» нуклеосом? Оказывается, что на эту работу весь пул имеющихся в клетке хроматин-ремоделирующих белков тратит не более 1 % от всех молекул АТФ, которые клетка синтезирует для удовлетворения своих энергетических потребностей

Дело в том, что модель Жакоба и Моно по своей сути генно-центрическая. Иными словами, регуляция рассматривается как процесс, независимый для каждого конкретного гена. Однако представим, что мы добавили некоторое число бусин на нитку ДНК. Естественно, это приведет к подталкиванию соседних бусин, что в итоге приведет к изменению как плотности, так и позиций бусин вдоль всей нитки. Иными словами, локальные изменения в размещении нуклеосом на ДНК могут распространяться по всей ее длине, что автоматически повлияет на работу всех генов. Действительно, наши результаты показывают, что удаление АТФ-зависимых хроматин-ремоделирующих белков или изменение концентрации гистонов приводят к тотальным изменениям в расположении нуклеосом. Таким образом, трудно представить, что регуляцию на уровне размещения нуклеосомы можно адекватно описать генно-центрической моделью Жакоба и Моно, а значит, нужны другие идеи и подходы.

Выше мы уже рассмотрели идею, что процесс синтеза РНК, при котором РНК-полимераза бежит по упакованной в нуклеосомы матрице ДНК, можно представить как бег с барьерами. Расстановка барьеров, т. е. расстояние между нуклеосомами, определяется АТФ-зависимыми хроматин-ремоделирующими белками. Если, к примеру, удалить один из ремоделирующих белков, MI-2, то расстояние между нуклеосомами увеличится, если же удалить белок ISWI – уменьшится. Однако несмотря на разнонаправленные эффекты в расстановке барьеров, вызванные удалением этих белков, мы наблюдаем схожие изменения в работе (экспрессии) генов. Как оказалось, наиболее чувствительны к подобной перестановке короткие гены – при удалении ремоделирующих белков уровень их экспрессии падает. Действительно, при беге на короткие дистанции любые изменения в расстановке барьеров критичны, ведь спортсмен (наша РНК-полимераза) подстраивается под определенный ритм и шаг.

В случае с длинными генами ситуация несколько иная. Ведь при беге на длинные дистанции наш бегун, даже если споткнулся, всегда может нагнать. Однако в случае длинных генов РНК-полимераза часто застревает на самом старте, что связано с трудностями преодоления первого барьера, т. е. той самой первой нуклеосомы, формирующей потенциальную яму. Интересно, что при удалении ремоделирующих белков сила связывания первой нуклеосомы ослабевает и, условно говоря, высота барьера уменьшается. Теперь РНК-полимеразе легче уйти со старта, что приводит к росту экспрессии длинных генов.

Voilà – оказывается, нам и не надо придумывать какие-то сложные модели, чтобы описать, как расстановка нуклеосом влияет на работу генов. Достаточно просто знать их длину!

Смерть уклонистам

К счастью для нас, это еще не все. Модель Жакоба и Моно рассматривает регуляцию экспрессии генов только в рамках «включено/выключено» или «больше/меньше». То есть в большинстве случаев мы исследуем, как меняется средний уровень экспрессии тех или иных генов в ответ на те или иные воздействия. Но помимо среднего есть еще и дисперсия! И этот параметр мы часто игнорируем, списывая на ошибки эксперимента. Но так ли это в действительности?

Считается, что система устойчива, если следует закону Пуассона, при котором дисперсия равна математическому ожиданию (оно же арифметическое среднее). Грубо говоря, мы можем взять сотню клеток и померить экспрессию какого-то гена, т. е. количество синтезируемых молекул РНК. Если система находится в полном равновесии и константы синтеза и деградации не меняются со временем, она будет подчиняться закону Пуассона: число молекул, которое будет синтезироваться и разрушаться за определенное время, не будет меняться, а величина дисперсии не будет превышать среднюю величину.

Одна из очевидных точек приложения нашей работы – проблема старения. Например, известно, что высокожировая диета – это фактор, ведущий к метаболическому синдрому и ускоряющий старение, а низкокалорийная, напротив, увеличивает продолжительность жизни. В эксперименте на дрозофилах мы показали, что между энергообменом и плотностью сборки ДНК в нуклеосомах имеется безусловная отрицательная взаимосвязь, опосредованная одним из генов старения – SIRT1, продукт которого ремоделирует хроматин. Когда мы искусственно блокировали в клетках гликолиз, то чем ниже падал энергообмен, тем больше бусин формировалось на ДНК. Однако если мы при этом ингибировали ген SIRT1, то в ответ на понижение энергообмена степень упаковки ДНК в нуклеосомы снижалась. Механизм этого явления еще предстоит изучить, однако эти результаты подтверждают, что избыточное поступление калорий в организм «раскачивает» работу генетической системы со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями

Но в живых системах, как выясняется, постоянно происходят серьезные отклонения от пуассоновского процесса, когда дисперсия начинает превышать среднее. И мы постоянно видим это, когда анализируем данные по РНК-секвенированию. Биологическая система никогда не находится в равновесии – для природы это закон. И статистически мы можем оценить величину этого отклонения для каждого активного гена.

В английском языке существует термин робастность, который на русский приблизительно переводится как «помехоустойчивость». Робастность как раз и отражает степень устойчивости системы и может быть выражена через дисперсию, а точнее, через коэффициент вариации – дисперсию, нормированную на среднюю величину. Сейчас, подходя к пониманию принципов регулирования равновесия генов, мы начинаем делить гены на робастные (устойчивые, стабильные) и шумные. При этом мы можем предсказать, каким будет тот или иной ген, исходя из определенных характеристик последовательности его ДНК.

Но на робастность влияет также ряд других факторов, в том числе и расстановка барьеров. Например, мы выяснили, что фазирование нуклеосом относительно начала генов более четкое именно для робастных генов, экспрессия которых наименее отклоняется от пуассоновского процесса. Иными словами, чем лучше расставлены барьеры, тем надежнее бежит РНК-полимераза, и тем стабильнее экспрессия гена. Теперь, если удалить хроматин-ремоделирующие белки из клетки и переставить барьеры, устойчивость системы упадет, что выразится в повсеместном увеличении дисперсии. Значит, ремоделирующие белки отнюдь не селективны, но при этом влияют на стабильность всей биологической системы, сдвигая динамическое равновесие «бусин».

Стоит отметить, что мутации хроматин-ремоделирующих белков очень часто всплывают в скрининговых исследованиях генетической компоненты развития раковых опухолей. Что вполне логично в рамках нашей идеи. Вся эта машинерия, обеспечивающая упаковку ДНК, в большой степени необходима именно для удержания системы в равновесии. Ведь когда увеличивается разброс уровней экспрессии генов в клетках, возрастает вероятность возникновения и отбора жизнеспособных «опухолевых» комбинаций: достаточно появиться лишь одной такой клетке, и она «выстрелит».

Так, на примере дрозофил было обнаружено, что при одинаковых условиях эксперимента удаление одного и того же ремоделирующего белка может привести как к увеличению пролиферации клеток, так и к клеточной гибели. Эта картина хорошо вписывается в гипотезу о спонтанном развитии рака, когда в ходе онкогенеза большая часть образовавшихся «аномальных» клеток отмирает, но те немногие, что выживают, начинают неконтролируемо делится.

Так все ли можно описать моделью Жакоба и Моно? Или идеи о поддержании системы в равновесии на уровне нуклеосом помогут выработать нам новый взгляд на здоровье и долголетие человека?

Chereji R. V., Kan T-W., Grudniewska M. K., et.al. Genome-wide profiling of nucleosome sensitivity and chromatin accessibility in Drosophila melanogaster // Nucleic Acids Research. 2016. V. 44(3). P. 1036—1051.

Moshkin Y. M. Chromatin – a global buffer for eukaryotic gene control // AIMS Biophysics. 2015 V. 2(4). P. 531—554.

Moshkin Y. M., Chalkley G. E., Kan T-W., et al. Remodelers organize cellular chromatin by counteracting intrinsic histone-DNA sequence preferences in a class-specific manner // Molecular and Cellular Biology. 2012. V. 32(3). P. 675—688.

Источник

• ← Богородица что нельзя делать
• Если снится таракан к чему →

Лучший ответ по мнению автора