Команда учёных под руководством Ирен Чиоло, профессора мединститута имени Даны и Давида Дорнсайф Университета Южной Калифорнии, встроила методом генетических ножниц редактирования генома с помощью фермента CRISPR-Cas9 флуоресцентные маркеры, позволяющие отследить движение повреждённых ДНК в ядрах клеток мух и мышей.

Подпись к изображению: Художественный образ препровождения повреждённой ДНК транспортными белками-миозинами по динамическим ядерным филаментам к месту гетерохроматического ремонта методом гомологичной рекомбинации

Они увидели, как клетка запускает экстренный ответ на восстановление сломанных спиралей ДНК из хранилища ДНК — гетерохроматина. Гетерохромати́н — это участки хроматина, находящиеся в течение клеточного цикла в конденсированном (компактном) состоянии.

«Гетерохроматин считается биологами своеобразной «тёмной материей генома», потому что о нём так мало известно», — пояснила профессор Чиоло. «Но повреждение ДНК в самом гетерохроматине, вероятно, является главной движущей силой в образовании рака».

Ранее повторяющиеся последовательности ДНК получили у исследователей неприятное прозвище «мусорная ДНК», поскольку в течение примерно 20 лет учёные были заняты расшифровкой генома и были сосредоточены на понимании функций отдельных генов.

С тех пор исследователи выяснили, что повторяющиеся последовательности ДНК на самом деле необходимы для многих видов деятельности ядер клеток. Фактически, мутации, которые компрометируют восстановление гетерохроматина, приводят к перестройкам хромосом, влияющим на весь геном.

Ученые обнаружили, что после разрушения спиралей ДНК клетка вызывает создание серии нитей-микрофиламентов — ядерных актиновых нитей — которые, собираясь вместе, образуют своеобразную временную магистраль к краю ядра. Затем приходят парамедики — белки, известные как миозины.

Миозины работают как транспортная молекула, потому что они имеют две ноги: одна прикрепляется, а другая — движется. Это как бы молекулярная машина, которая идёт по актиновым микрофиламентам.

Миозины забирают повреждённую ДНК, идут с ней по дорожке-нити, а затем достигают реанимационного отделения — поры на периферии ядра. Там происходит восстановление повреждённой ДНК за счёт копирования (гомологической рекомбинации) информации с гетерохроматина.

«Молекулярные механизмы, которые мы обнаружили, точно также работают на людях и на растениях, которые имеют гораздо больший гетерохроматин. Удивительно видеть, как такой сложный ремонтный механизм функционирует и эволюционирует», — сказал Кристофер Кариди, один из ведущих авторов исследования.

Результаты исследования были опубликованы в издании Nature.