У разных организмов хромосомы в ядре могут или тесно взаимодействовать, или же, наоборот, почти не контактировать друг с другом.
Если все наши хромосомы вытянуть в одну линию, то её длина получится чуть больше двух метров. Однако эти два метра как-то упакованы в микроскопическое клеточное ядро. Собственно, сейчас мы уже довольно много знаем о том, как именно: хромосомная ДНК связана с множеством белков, на которые она наматывается, как на катушку, так что получается что-то вроде бусин на нити; потом эти бусины взаимодействуют определённым образом, помогая ещё сильнее компактизовать огромную ДНК. Есть другие белки, которые создают в нити ДНК петли, а петли, в свою очередь, образуют клубки, и т. д. Так хромосома ужимается до микроразмеров, и её можно впихнуть в клеточное ядро.
Но в ядре у нас несколько хромосом. Взаимодействуют ли они между собой, и как именно они взаимодействуют? Хромосомы в нём занимают неперекрывающиеся области, которые называются хромосомными территориями. Каждая хромосома выглядит как клубок, который неохотно контактирует с другими такими же клубками.
Однако это лишь один вариант укладки хромосом. Несколько десятков исследователей из различных научных центров по всему миру опубликовали недавно в Science статью о том, что у животных, растений и грибов разные хромосомы могут быть тесно связаны друг с другом. Авторы работы проанализировали укладку хромосом у двадцати четырёх видов живых организмов, ища с помощью изощрённых молекулярных методов точки взаимодействия между хромосомами.
Оказалось, что хромосомы бывают соединены концами. Как известно, концевые участки хромосом называются теломерами (они не кодируют никакие белки, но в то же время теломеры крайне важны – от них зависит, сколько раз клетка может поделиться). И вот теломерные участки разных хромосом могут слипнуться друг с другом, как, например, у арахиса. Другой вариант – соединение разных хромосом в области центромер. Это ещё одна некодирующая область ДНК, которая лежит, условно говоря, посередине хромосомы. За центромерные участки хватаются белки, участвующие в клеточном делении: прицепившись к хромосомам, они растаскивают их по дочерним клеткам. Слипание хромосом в центромерах можно видеть у дрозофил. Третий вариант – взаимодействие концов, то есть теломер, с центромерами, как у мягкой пшеницы. Ну и четвёртый вариант, про который мы уже говорили, это когда хромосома мало взаимодействует с другими хромосомами, но зато сильно взаимодействует внутри самой себя: нить ДНК вместе с белками образует неровный, скомканный клубок.
Среди белков, которые занимаются укладкой ДНК, есть так называемые конденсины. Строго говоря, это не одиночные белковые молекулы, но большие комплексы, которые тратят энергию на то, чтобы правильно упаковать ДНК в ядре; особенно большую роль конденсины играют во время клеточного деления. Исследователи показали, что тип укладки хромосом часто зависит от того, работает или не работает конденсиновый комплекс, который называется конденсин II. Например, если его отключить в человеческих клетках, то наши хромосомы будут выглядеть не как отдельные клубки, а так, как они выглядят у дрозофил, у которых хромосомы взаимодействуют своими теломерными участками.
С другой стороны у многих организмов хромосомы взимодействуют друг с другом, несмотря на работающий конденсин II. В общем, очевидно, что механизм укладки хромосом ещё предстоит дорасшифровать. У таких исследований и есть и серьёзная практическая сторона: активность генов прямо зависит от того, как упакована ДНК, в которой они записаны, если же из-за дефектов в укладке гены начинают «активничать» неправильно, повышается риск разных болезней.
Автор: Кирилл Стасевич