Сотрудники Института биологии гена РАН (ИБГ РАН) вместе с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова и Сколтеха изучили структуру генома слизевика диктиостелиума. Результаты исследования дают важную информацию о том, как у древних одноклеточных организмов возник процесс компактизации ДНК — упаковки длинных молекул, несущих наследственную информацию, в ядре клетки, что стало важным шагом в эволюционном развитии жизни.
Диктиостелиум (Dictyostelium discoideum) — одноклеточный слизевик, обитающий во влажных растительных остатках и питающийся бактериями. При наступлении неблагоприятных условий, в первую очередь при истощении пищевых ресурсов, диктиостелиум образует многоклеточные плодовые тела, в которых развиваются споры. То есть, часть жизненного цикла этот организм — одноклеточный, а часть — многоклеточный. Такая особенность сделала диктиотселиума популярным модельным объектом в исследованиях клеточной дифференцировки, подвижности клеток и возникновения многоклеточности. Однако пространственная структура генома диктиотселиума до последнего времени оставалась слабо изученной.
Авторы исследования с помощью современных высокопроизводительных методов изучили динамику укладки хромосом диктиостелиума на первых этапах формирования плодового тела. Оказалось, что ДНК этого слизевика организована в последовательность петель, основания которых содержат пары высокоактивных генов, ориентированных навстречу друг другу. В основаниях петель находятся так называемые энхансеры — участки ДНК, усиливающие экспрессию генов.
Внутренние области петель зачастую содержат гены, продукты которых обладают схожими функциями, поэтому петли можно рассматривать как структурно-функциональные единицы генома диктиостелиума. Такая организация удивительно стабильна: если петли ДНК в геномах животных часто меняются по ходу клеточной специализации, то у диктиостелиума петли остаются стабильны по крайней мере в течение первых 8 часов созревания плодового тела (весь процесс занимает около суток).
«Описанная нами архитектура ДНК диктиостелиума во многих отношениях уникальна и не имеет прямых аналогов в других исследованных организмах. Наши результаты говорят о том, что взаимодействие механизмов петлеобразования ДНК и экспрессии генов является эволюционно древним феноменом, обеспечивающим с одной стороны компактизацию ДНК в ядрах клеток, с другой — разделение генома на функциональные единицы, некие «цеха» единого предприятия по производству РНК, которым является геном каждого клеточного организма», — рассказал один из участников исследования, ведущий научный сотрудник ИБГ РАН доктор биологических наук Сергей Ульянов.
По мнению ученых, изучение архитектуры ДНК диктиотселиума — микроскопической амебы с непростым жизненным циклом — проливает свет на детали функционирования генома, которые, возможно, были унаследованы от общего предшественника всех клеточных организмов.
Источник: Минобрнауки России