Исследование белкового комплекса FACT

Учёные активно исследуют белковый комплекс FACT, участвующий в упаковке ДНК в компактную форму внутри клеточного ядра и в онкогенезе. Учёные из МГУ имени М.В.Ломоносова в ходе международного сотрудничества обнаружили, что существуют параллели в работе этого комплекса у человека и дрожжей. Это открытие позволило предсказать существование у людей нового белка, помогающего комплексу FACT. Статья об исследовании опубликована в Journal of Biological Chemistry.

Генетическая информация эукариот закодирована в длинной молекуле ДНК, которая умещается в клеточном ядре. Для хранения ДНК (её длина в выпрямленном состоянии будет превышать метр) в микроскопической структуре молекулу необходимо компактно упаковать. Если «скомкать» молекулу хаотично, то распутать её без повреждений было бы невозможно, а для считывания генетического кода её необходимо разворачивать.

Упаковать геном в ядре клетки помогают белки-гистоны, которые связываются с ДНК. Этот комплекс называется хроматином. Повторяющаяся единица хроматина — нуклеосома — выглядит как серия «катушек ниток», на каждую из которых накручено по два витка ДНК-«нитки». В работе этой системы задействовано и множество других белков. Один из белковых комплексов, управляющих этим процессом, носит название FACT (facilitates chromatin transcription), так как он обеспечивает более эффективное считывание РНК с матрицы ДНК, упакованной в хроматин.

«На молекулярном уровне дрожжевой FACT может как стабилизировать нуклеосомы в геноме во время считывания, так и разворачивать нуклеосомы, — прокомментировал соавтор статьи Василий Студитский, руководитель лаборатории регуляции транскрипции и репликации биологического факультета МГУ, ссылаясь на другие свои работы. — Баланс между этими функциями определяется присутствием дрожжевого белка Nhp6, который помогает FACT разворачивать нуклеосомы. До недавнего времени вторая функция была неизвестна для FACT человека, несмотря на значительное сходство структуры этих белковых комплексов у дрожжей и человека».

Удивительно, что FACT выпрямляет намотанную на «катушку» ДНК без затрат энергии (которая внутри клетки хранится и переносится в форме молекул АТФ). До сих пор подобные исследования проводились в основном на дрожжах. В новой же работе Василий Студитский и его коллеги изучили механизм работы комплекса у человека и впервые показали, что белок Nhp6 из дрожжей в сочетании с комплексом FACT человека способен разворачивать нуклеосомы.

«Эти данные были получены на биофаке МГУ с использованием современного биофизического подхода — мономолекулярного FRET (spFRET — метод, позволяющий определять межатомные расстояния внутри одного ДНК-белкового комплекса), — добавил Василий Студитский. — Полученные данные позволяют предположить, что, скорее всего, у человека существует гомолог дрожжевого белка Nhp6, который помогает FACT разворачивать нуклеосомы и регулировать транскрипцию генов».

Учёные нашли и различия между человеческим и дрожжевым комплексами FACT, хотя активность у обоих вариантов оказалась примерно одинаковой. Учёные выяснили, что in vitro (в пробирке) FACT у дрожжей не работает без Nhp6, но in vivo (в клетках) его функции выполняются, но в этом случае функции неработающего комплекса FACT могут компенсироваться и другими белками, поэтому пока непонятно, может ли вообще FACT дрожжей функционировать без Nhp6. Человеческий же комплекс FACT не связывается стабильно с нуклеосомами без добавочных белков, которые пока не изучены у человека.

Зная, что комплекс FACT очень медленно изменяется в процессе эволюции (говоря по-научному, является эволюционно консервативным), ученые попробовали добавить Nhp6 дрожжей к человеческому комплексу FACT, и это помогло ему работать. Таким образом, можно предположить, что у человека тоже есть белок (пока неизвестный), который помогает FACT работать.

«В будущем планируется осуществить поиск этого, пока гипотетического, Nhp6-подобного белка человека, а также определить роль разворачивания нуклеосом комплексом FACT в регуляции генов и детекции участков с нарушениями структуры хроматина в геноме», — описал перспективы исследования Василий Студитский.

Статья опубликована в соавторстве с сотрудниками Института биоорганической химии имени М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Школы медицины Университета Юты и Онкологического центра Фокс Чейз.

Фото: Функционирование белкового комплекса FACT. Белковый комплекс FACT – шаперон гистонов, то есть фактор, который в норме стабилизирует нуклеосому. Однако присутствие небольшого ДНК-связывающего белка Nhp6 существенно меняет функцию FACT