Тайминг репликации оказался необходим для поддержания эпигенома
Порядок, в котором разные части ДНК удваиваются перед делением, оказался важен для поддержания их эпигенетического состояния — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science. Биологи придумали способ сбить тайминг репликации и заставить сегменты ДНК удваиваться в случайном порядке при помощи нарушения работы гена RIF1. Из-за сбитого тайминга репликации нарушились эпигенетические параметры: метилирование белков-упаковщиков ДНК и трехмерная структура генома.
Самым важным открытием в биологии последнего столетия стало выяснение роли ДНК в формировании признаков организмов и расшифровка генетического кода. Однако в последнее время исследователи все больше внимания обращают не только на нуклеотидную последовательность генома, но и на эпигенетические факторы — они не затрагивают последовательность нуклеотидов, но наравне с ней влияют на активность генов и наследуются. К таким факторам относится метильные и ацетильные метки, которые навешиваются на нуклеотиды и белки-упаковщики ДНК. Это мечение влияет на работу ферментативной машины транскрипции: например, считается, что ее сродство к метилированным генам снижается и те хуже работают.
Один из самых интересных вопросов эпигенетики — сохранение меток ДНК и белков при размножении клеток. Если скопировать последовательность ДНК в дочернюю клетку относительно просто — в процессе репликации весь геном удваивается и делится между двумя новыми клетками — то с эпигеномом все не так просто. Известно, что на новосинтезироанную ДНК метки навешиваются заново после репликации, но точный механизм этого процесса пока не понятен.
Исследователи из университета Флориды под руководством Кайла Кляйна (Kyle N. Klein) изучили связь возникновения эпигенома и тайминга репликации — «расписания», по которому удваиваются разные сегменты ДНК перед делением. Они удалили из разных клеточных типов белок RIF1, который участвует в репликации, и показали, что это полностью сбивает тайминг: участки ДНК начинают синтезироваться в случайном порядке. Такие клетки биологи использовали, чтобы изучить, как тайминг влияет на другие процессы в клетке.
Ученые проверили, как тайминг связан с метильными метками на белках-упаковщиках ДНК. В норме они нужны в том числе для разметки и выключения ненужных генов. Оказалось, что без тайминга репликации метилирование изменилось во всех районах генома.
Считается, что позже всего перед делением удваиваются плотно упакованные районы — такие клубки из нитей ДНК, в которых гены не работают. Организацию и разделение генома на открытые и упакованные части изучают при помощи Hi-C карт, на которых показывают частоту взаимодействия между районами генома — то есть его трехмерную структуру. Например, там, где ДНК упакована плотно, контактов между участками будет больше.
Такие карты ученые построили и для клеток, в которых нарушен тайминг репликации. Оказалось, что трехмерная структура генома этих клеток отличается от нормальной. Интересно, что она коррелировала с измененным метилированием гистонов: плотно упакованные районы разделились на два типа — метилированные и неметилированные.
Так ученым удалось показать, что тайминг репликации необходим как для правильного распределения эпигенетических меток, так и для трехмерной организации генома. Согласно их результатам, первичным для клетки все же является тайминг, а не трехмерная структура. Теперь биологам предстоит выяснить, механизмы влияния тайминга на эпигеном.
Эпигенетические изменения — сейчас одна из самых исследуемых областей. Прежде всего, эпигенетику изучают в связи с механизмами старения. Недавно эпигенетическое старение даже удалось обратить вспять при помощи коктейля из гормонов и антидиабетических средств. А о трудностях, которые испытывает современная наука в попытках найти определение старению, читайте в нашем тексте «Дело не в морщинах».
Анна Муравьева
Они нам кажутся почти в два раза легче своего реально веса
Исследователи из Великобритании предложили людям сравнить вес их собственных ладоней и грузов, подвешенных к рукам, чтобы выяснить, насколько верно люди оценивают массу своего тела и его частей. Проведенные эксперименты показали, что испытуемые сильно занижают вес собственных кистей — в одном из экспериментов он оказался на 49,4 процента ниже, чем реальный. Результаты опубликованы в Current Biology. Когда мы берем какой-то предмет, его ощущаемый вес связан с чувством усилия — величиной двигательных команд, которые направляются мышцам. За восприятие веса самого нашего тела и его частей тоже отвечает центральная нервная система, но нет конкретных сенсорных рецепторов, которые были бы в этом задействованы. Воспринимаемый вес тела может меняться из-за усталости, анестезии и других факторов. Пациенты, перенесшие инсульт с параличом конечности, часто жалуются на то, что конечность стала тяжелее. Протезы тоже кажутся людям более тяжелыми, хотя часто весят меньше реальной руки или ноги. Элиза Ферре (Elisa R. Ferrè) из Лондонского университета и ее коллеги решили выяснить, как люди воспринимают вес собственной кисти. В трех экспериментах участвовали 60 человек. До начала испытаний каждый участник опускал кисть левой руки, опирающейся на предплечье, на 30 секунд, чтобы оценить ее вес. Затем к уже лежащей на подушке руке крепили браслет, на который подвешивали грузы разной массы. Участники должны были сказать, что ощущалось тяжелее — кисть или груз. Грузом выступали пакетики с рисом, всего их было 16 штук, а их масса составляла от 100 до 600 грамм. В экспериментах ученые использовали психофизическую лестницу. Среднюю массу кисти, согласно ранее проведенным исследованиям, ученые взяли за 400 грамм. Первый подвешенный груз отличался на 200 грамм, то есть его масса составляла 200 либо 600 грамм — в зависимости от того, была лестница нисходящей или восходящей. Массу следующего груза выбирал алгоритм: если участник считал, что груз тяжелее ладони, следующий подвешенный груз был легче, и наоборот. Так спустя какое-то количество испытаний масса грузов начинала колебаться вокруг некоторой цифры — предполагаемой (участником) массы кисти. В первом эксперименте 20 участников просто сравнивали вес кисти и вес груза. Всего с ними провели три блока по 20 испытаний. В конце эксперимента ученые измерили реальную массу кистей участников, посчитав объем вытесненной рукой воды. Средняя масса кисти составила 327,9 грамм. Участникам, однако, казалось, что их кисть весит гораздо меньше: средний ощущаемый вес кисти оказался в среднем на 49,4 процента ниже, чем реальный, — то есть кисть, по мнению испытуемых, весила менее 200 грамм (p < 0,0001). Во втором эксперименте участвовало еще 20 человек. Теперь после серии испытаний ученые попросили людей в течение десяти минут делать упражнения с ручным тренажером, чтобы их кисть устала. Усталость люди оценивали по стобалльной шкале; до начала испытаний она составляла в среднем 10 баллов, а после упражнений — 70. И до, и после упражнений участники воспринимали свои ладони более легкими, чем есть на самом деле. Однако уставшая рука казалась им немного тяжелее, и ощущаемый вес был уже на 28,8 процента ниже реального (p < 0,01), по сравнению с 43,9 процента до упражнений (p < 0,0001). В третьем эксперименте другие 20 участников пытались взвесить свою руку и мешочки с рисом, однако теперь в каждом испытании они чувствовали поочередно и вес кисти, и вес груза. Независимо от того, что они взвешивали первым, рука все равно казалось им легче, чем она есть на самом деле — в среднем на 33,4 процента (p < 0,001) Исследователи предположили, что такое искажение восприятия, возможно, помогает нам сравнивать массы двух предметов, которые мы берем в обе руки. Если один предмет весит 400 грамм, а другой 500, и к ним добавляется еще и масса самих рук (около 3 килограмм), то распознать, что тяжелее, а что легче, будет сложно. Таким образом, перцептивное «вычитание» веса собственных конечностей может улучшить восприятие веса самих предметов. Также авторы считают, что занижение ощущаемого веса тела — механизм, который помогает нервной системе модулировать активность, или, наоборот, отдых. А воспринимаемый вес предметов можно изменить в виртуальной реальности. Например, если предмет движется медленнее, чем рука, он будет казаться немного тяжелее. А еще более тяжелыми виртуальные объекты станут, если надеть на запястья вибрирующие ремешки.