Нуклеосомы оказались динамичными: более 85% из них находятся в искаженном состоянии

Долгое время нуклеосома считалась относительно простой и стабильной структурой: около 147 пар оснований ДНК намотаны на белковый каркас из гистонов, образуя компактную «катушку». В такой модели нуклеосомы рассматривались скорее как препятствия, мешающие регуляторным белкам добраться до ДНК. Считалось, что активность генов определяется простой конкуренцией: либо ДНК «закрыта» нуклеосомой, либо «открыта».

Однако данные, накопленные за последние годы, указывали на более сложную картину. Исследователи находили неполные нуклеосомы без части гистонов или временно «размотанные» участки ДНК. Изучать эти состояния было трудно, поскольку существующие методы либо разрушали структуру хроматина, либо не позволяли увидеть детали на уровне отдельных молекул.

Метод IDLI: как увидеть невидимое

Авторы новой работы разработали метод под названием IDLI, который позволяет буквально просканировать отдельные волокна хроматина и определить, какие участки генома закрыты белками, а какие доступны. Для этого они использовали фермент, помечающий открытые участки ДНК, а также секвенирование длинных фрагментов, фиксирующее эти метки на уровне одной молекулы. Полученные данные проанализировали с помощью машинного обучения и реконструировали структуру нуклеосом с высокой точностью.

Результат оказался неожиданным: более 85% нуклеосом в стволовых клетках мышей имели «искаженную» структуру, из-за чего участки ДНК внутри них становились доступными. Это означает, что нуклеосома — не жесткая катушка, а динамическая структура, способная частично «раскрываться» в разных местах.

Регуляция генов через искажения

Ученые также обнаружили, что такие искажения не случайны. Они зависят от типа клеток, активности генов и присутствия специальных белков — транскрипционных факторов. Например, факторы CTCF, SOX2 и FOXA2 изменяют структуру нуклеосом в местах, где связываются с ДНК, тем самым влияя на работу генов.

Кроме того, выяснилось, что эти структурные изменения программируются по мере развития организма. При дифференцировке клеток и даже в зрелых тканях нуклеосомы демонстрировали характерные паттерны искажений, связанные с функцией конкретной клетки.

Работа меняет базовое представление о том, как устроена упаковка ДНК в клетке. Вместо статичной структуры оказалась гибкая система, где нуклеосомы постоянно меняют форму. Именно эти изменения становятся важным механизмом регуляции генов. В перспективе открытие может помочь лучше понять развитие болезней, включая рак, а также открыть новые подходы к управлению активностью генов.