Механізм взаємодії простих неорганічних полімерів (поліфосфатів) з ДНК може пролити світло на формування «архітектури» геному, проте вчені досі не могли його пояснити. Тепер, провівши ряд новаторських експериментів, дослідники виявили, що за певної концентрації іонів магнію ДНК та поліфосфати утворюють нові тонкі структури. Відкриття такої своєрідної «зони Золотовласки» може призвести до розробки нових інструментів клітинного контролю.
Поліфосфати – це ланцюжки фосфатних сполук, що зустрічаються у всіх живих організмах, від бактерій та грибів до рослин та людини. Ці древні молекулярні «універсали» беруть участь у регуляції багатьох клітинних процесів, включаючи згортання крові в людини і реакцію на стрес у бактерій. Найчастіше їх знаходять поруч із хроматином (складає основу хромосом), проте зв’язок цих простих за будовою неорганічних полімерів із ДНК довго залишався загадкою.
У бактеріальних клітинах поліфосфати можуть формувати спеціальні конденсати (безмембранні краплі) в області нуклеоїду, тобто там, де зберігається генетичний матеріал. Такі клітини зазвичай збагачені іонами магнію. Саме вони, як з’ясували автори дослідження, опублікованого в журналі Nature Communications, відіграють ключову роль у поєднанні поліфосфатів та ДНК при утворенні нових структур.
Команда вчених під керівництвом Лізи Рекі (Lisa Racki) та Ашока Деніза (Ashok Deniz) спостерігала цей ефект, застосувавши методи флуоресцентної мікроскопії (молекули поліфосфатів та ДНК відзначали барвниками) та електронної кріотомографії (щоб детально розглянути структуру). Підхід дозволив зафіксувати як саме нитки ДНК прилягають до поверхні поліфосфатних конденсатів.
Результати показали, що у присутності іонів магнію довгі ланцюжки поліфосфатів мимоволі збиралися в краплі, проте оболонка формувалася лише за певних концентраціях: за дуже низькому чи високому вмісті іонів магнію процес переривався. Отже, змінити «поведінку» ДНК та розмір поліфосфатних конденсатів могли навіть невеликі концентрації іонів магнію. Довгі ланцюжки ДНК у своїй зменшували розмір крапель, запобігаючи їх злиття.
Відкриття дозволяє по-новому поглянути на роль поліфосфатів у компонуванні ДНК, оскільки від їхньої присутності може змінюватися форма та функція хроматину. Вчені відзначили, що описаний ними механізм, ймовірно, широко поширений і не обмежується бактеріальними клітинами: магній та ДНК зустрічаються повсюдно. Втім, як і поліфосфати. Тому, що поліфосфатні конденсати — відповідний варіант наноконтейнерів для пакування лікарських речовин, результати наукової роботи знайдуть застосування в біоінженерії, а розуміння того, що оболонка з ДНК впливає на їх форму та поведінку, дозволить краще керувати структурою подібних комплексів.
Щоб з’ясувати, чи застосуємо цей універсальний механізм до інших молекулярних взаємодій у клітинах, вчені мають намір провести подальші експерименти, у яких до ДНК і поліфосфатам додадуть різні білки та інші компоненти. Оскільки такі прості полімери, як поліфосфати, у присутності магнію та ДНК утворюють структури, що впливають на конфігурацію генетичного матеріалу та клітинні функції, результати майбутніх досліджень, ймовірно, будуть вражаючими.