Александр Спирин
Переход хроматина из режима высокой мобильности к низкой: С – хроматин; TF – транскрипционный фактор; N – нуклеосома; Т – траектория мобильности с увеличением расстояния между нуклеосомами. Иллюстрация Phys.org
За последние десятилетия Сибирь стала местом многих естественнонаучных находок. Но о двух из них знает буквально весь мир. Это мамонтята, о клонировании одного из которых все время идут разговоры (отнюдь не досужие), и денисовцы, представляющие новый вид человекообразных предков, давно вымерших. При этом заметим, что денисовцы успели-таки передать часть своих генов нам, современным людям.
Третье открытие не сравнить по его значению и известности с предыдущими, но для биологии оно не менее важное.
В 2018 году в Магадане сотрудница одного из институтов РАН в Пущино-на-Оке и Зоологического в Москве Анастасия Шатилович вела раскопки недалеко от реки Колыма. Таяние мерзлоты привело к обвалу породы, в которой она обнаружила нематод, то есть круглых червей. Самый известный из них – Caenorhabditis elegans длиной не более 1 мм. Это один из любимых объектов исследований биологов. При нехватке бактерий, которыми питается C. elegans, или при наступлении сухого периода / зимы этот червячок, пережидая неблагоприятные условия, впадает в спячку (dauer). В лабораторных условиях спячка этого червя может продолжаться до 500 дней и дольше.
Радиоуглеродный анализ показал, что червячок, которому дали название Panagrolaimus kolymaensis, жил 46 000 лет назад и с наступлением холодных времен впал в состояние гибернации (Гибернией римляне называли лежащий на западе остров, который мы знаем как Ирландию). Известно, что амфибии могут довольно легко переносить «замораживание», чему способствует глицерин. (Кстати, и в лабораториях глицерин используют для сохранения жизнеспособности культур клеток, хранящихся при температуре жидкого азота.) Сохранение жизнеспособности клеток при гибернации и более глубоком криптобиозе обеспечивает сахар трегалоза. Он ядовит для клеток млекопитающих.
Результаты многолетних исследований P. kolymaensis Шатилович и ее коллеги были изложены в генетическом журнале PLOS только в 2023 году. Если удастся раскрыть молекулярные механизмы столь долгого сохранения жизнеспособности клеток червя, то это откроет, например, возможность совершать в состоянии криптобиоза длительные космические перелеты. На Земле же это обещает более длительное сохранение крови и ее продуктов, а также клеточных масс и тканевых культур.
Те изменения, которые накопились у «предков» C. elegans с эпохи плейстоцена (ледникового периода, начавшегося 2,588 млн лет назад и закончившегося 11,7 тыс. лет назад), выделили его в отдельный вид. Изучение генома P. kolymaensis позволит понять, как изменения среды отразились на его составе. Этот внесет большую ясность в давнишний спор о влиянии среды на гены и о том, действительно ли они «автономны» в своих изменениях. Полсотни тысяч лет назад неандертальцы и, возможно, денисовцы еще жили бок о бок с нашими предками. Повлияло ли на них похолодание как стимул к развитию и можно ли прогнозировать, что будет с нашим геномом через тот же промежуток времени?
…Критики Томаса Моргана, будущего Нобелевского лауреата, указывали автору книги «Хромосомная теория наследственности» (1916), что «его» хромосомы «исчезают» после завершения клеточного деления. При этом их не убеждали даже гигантские полосчатые хромосомы в клетках слюнных желез дрозофил. Тем не менее признавался тот факт, что в ядре клетки что-то сохраняется и между делениями, поэтому «остатки» стали называть «глыбки гетерохроматина».
Иное дело сегодня, когда многое известно о ДНК, веществе генов, и о том, что она навита на белковые тельца-сомы (нуклеосомы). Это позволяет компактно упаковать ДНК длиной 2–3 м в ядре, диаметр которого не превышает 5 микрон (микрометров). В наш геномно-просвещенный век часто приходится слышать выражение «экспрессия генов». Геномщики понимают под этим, что под действием соответствующих сигналов активируются белковые факторы транскрипции, или «переписывания», генетического текста. Но как реально происходит активация хроматина, то есть комплекса ДНК с белками?
Сотрудники Национального института здоровья (NIH) в вашингтонском пригороде Бетезда показали, что экспрессия гена становится возможной благодаря переходу хроматина от высокой (high) мобильности к низкой (low). При этом замедление подвижности хроматина сопровождается «сборкой» (assemble) большого белкового комплекса.
Следует признать, что процесс перехода к транскрипции гена сложнее, чем описание его результата, при этом переключение режимов сопровождается увеличением расстояний между нуклеосомами, к одному из белков которых и присоединяется молекула ТФ.
Интересно было бы выяснить, работает ли подобная молекулярная динамика в случае перехода к криптобиозу. С практической точки зрения выявленный в Бетезде факт открывает новые возможности в плане разработки малых молекул, которые будут блокировать транзит мобильности и тем самым блокировать деление клеток, естественно измененных с грузом мутаций.
