Физикам удалось «распутать» теломеры: как это повлияет на долголетие и лечение рака

Физика — не первая научная дисциплина, которая приходит на ум при упоминании ДНК. Однако ученые обнаружили новую структуру ДНК, используя эксперимент, основанный на ее законах.

Что такое теломеры и почему они — ключ к долгой жизни?

Теломеры — это концевые участки хромосом. Они характеризуются тем, что у них отсутствует способность к соединению с другими хромосомами или их фрагментами. По сути, они выполняют защитную функцию. 

Именно поэтому их считают ключом к долгой жизни. Они защищают гены от повреждений, но становятся немного короче каждый раз, когда клетка делится. Если они становятся слишком короткими, клетка погибает. Новое открытие поможет понять старение и болезни.

Как «работают» теломеры?

В каждой клетке нашего тела есть хромосомы, которые несут гены. Они определяют характеристики организма, например, внешний вид человека и предрасположенность к некоторым болезням. На концах этих хромосом находятся теломеры, защищающие их от повреждений. Они чем-то напоминают аксельбанты, пластиковые наконечники на конце шнурка.

Длина ДНК между теломерами составляет 2 м, поэтому она должна быть свернута, чтобы поместиться в клетке. Это возможно благодаря тому, что ДНК оборачивается вокруг «пакетов» белков. Вместе ДНК и белки называются нуклеосомами. Они организованы в нечто похожее на бусину, с нуклеосомой, частью свободной (или несвязанной) ДНК, нуклеосомой и так далее.

Затем эта нить бисера складывается еще больше. Как это происходит, зависит от длины ДНК между нуклеосомами, «бусинами» на нитке. Уже были известны две структуры, возникающие после складывания. В одном из них две соседние «бусинки» слипаются, а между ними висит свободная ДНК (рис. 2А). Если отрезок ДНК между «бусинами» короче, соседние не успевают склеиться. Затем формируются две стопки рядом друг с другом (рис. 2B).

Что сделали ученые?

В своем исследовании ученые обнаружили другую структуру теломер. Здесь нуклеосомы гораздо ближе друг к другу, поэтому между «бусинами» больше нет свободной ДНК. В конечном итоге это создает одну большую спираль, или спираль ДНК (рис. 2С).

Новую структуру обнаружили с помощью комбинации электронной микроскопии и молекулярно-силовой спектроскопии. В ней один конец ДНК прикреплен к предметному стеклу, а другой — к крошечному магнитному шарику. Набор сильных магнитов над ним разделяет нить с «бусинами». Измерив силу, необходимую для того, чтобы разъединить одну «бусину» с другой, можно больше узнать больше о том, как складывается нить. Затем исследователи из Сингапура использовали электронный микроскоп, чтобы получить более четкое представление о ее структуре.

Что даст новое открытие?

Она, по словам ученых, «святой Грааль молекулярной биологии». Если биологи будут знать структуру молекул, это даст им больше информации о том, как включаются и выключаются гены. А также о том, как ферменты в клетках взаимодействуют с теломерами: например, как они восстанавливают и копируют ДНК.

Открытие новой теломерной структуры улучшит понимание строительных блоков в организме. И это, в свою очередь, в конечном итоге поможет изучить старение и такие болезни, как рак, и разработать лекарства для борьбы с ними.

Читать далее:

Таинственная «голубая слизь» на дне моря поставила ученых в тупик

Разработан генератор для ветряных электростанций без дорогих магнитов

Посмотрите на явление, которое просто невозможно на Марсе