Невероятно подробное видео показывает, как ДНК скручивается в причудливые формы, чтобы втиснуться в клетки

Ученые недавно сняли видео с высоким разрешением, на котором ДНК мерцает в причудливые формы, чтобы протиснуться внутрь клеток.

В 1952 году Розалинда Франклин создала первое косвенное изображение ДНК, изучив, как рентгеновские лучи отражаются от этих фундаментальных молекул. Но только в 2012 году ученые сделали прямую фотографию ДНК с помощью электронного микроскопа, сообщал ранее Live Science.

Теперь группа исследователей из Соединенного Королевства сняла видео с высокой четкостью изображения ДНК в движении, используя комбинацию передовой микроскопии и моделирования. Но они не просто играли папарацци в строительные блоки жизни - они пытались понять, как ДНК движется, чтобы втиснуться в клетки.

Человеческие клетки содержат около 6,6 футов (2 метра) ДНК. Принимая во внимание, что человеческие клетки имеют размер порядка микрометров, ДНК должна действительно хорошо «свертываться» или изгибаться и складываться, чтобы плотно упаковываться внутри клетки. Но до недавнего времени технологии были недостаточно хороши, чтобы ученые могли ясно увидеть, как выглядит структура ДНК в процессе сверхспирализации, пишут авторы исследования.

Чтобы ответить на этот вопрос, авторы нового исследования обратились к «миникольцам ДНК», выделенным и сконструированным из бактерий. Эти кольцевые структуры ДНК также встречаются в клетках человека, и их функция в значительной степени неизвестна. Исследователи использовали эти кольцевые структуры, потому что ученые могут скручивать их таким образом, который не сработал бы с длинными цепями, наиболее распространенной формой ДНК.

Чтобы увидеть движения в деталях, исследователи использовали комбинацию суперкомпьютерного моделирования и атомной силовой микроскопии, в которой острый наконечник скользит по поверхности молекулы и измеряет силы, отталкивающие наконечник, чтобы очертить структуру.

«Увидеть - значит поверить, но для чего-то такого маленького, как ДНК, увидеть спиральную структуру всей молекулы ДНК было чрезвычайно сложно», - сказала ведущий автор исследования Элис Пайн, преподаватель полимеров и мягкой материи в Университет Шеффилда в Великобритании, где запечатлены новые кадры, говорится в заявлении. «Созданные нами видеоролики позволяют нам наблюдать скручивание ДНК с невиданной прежде степенью детализации».

Изображения, полученные под микроскопом, были настолько подробными, что на них можно было разглядеть двойную спиральную структуру ДНК. Согласно заявлению, после того, как исследователи объединили эти изображения с симуляциями, они смогли увидеть положение каждого атома в ДНК при его движении.

Что интересно, ДНК в расслабленной форме почти не двигалась. Но при скручивании - как это обычно бывает при вдавливании в клетку - ДНК трансформируется во многие другие формы, согласно заявлению. Эти различные формы повлияли на то, как молекула ДНК взаимодействовала и связывалась с другими молекулами ДНК вокруг нее, пишут авторы в статье.

Линн Зехидрих, профессор Медицинский колледж Бейлора в Хьюстоне, штат Техас, которые предоставили мини-круги для исследования, ранее открыли, как использовать эти кольцевые структуры в качестве векторов для генной терапии, вставляя небольшие генетические сообщения в кольца.

Исследователи исследования «разработали методику, которая очень подробно показывает, насколько они морщинистые, пузырчатые, изогнутые, денатурированные и странной формы», - говорится в заявлении Зехидрих, который не принимал непосредственного участия в исследовании. «Мы должны понять, как суперспирализация, которая так важна для активности ДНК в клетках, влияет на ДНК, в надежде, что когда-нибудь мы сможем научиться имитировать или контролировать ее».

Результаты были опубликованы во вторник (16 февраля) в журнале Nature Communications.