Генетики раскрыли, как образуются новые структуры ДНК.

Полифосфаты представляют собой цепочки фосфатных соединений, которые встречаются во всех живых организмах — от бактерий и грибов до растений и человека. Эти древние молекулы «универсалы» играют важную роль в регуляции множества клеточных процессов, включая свертывание крови у человека и реакцию на стресс у бактерий. Обычно их обнаруживают вблизи хроматина (основы хромосом), но связь этих простых неорганических полимеров с ДНК долгое время оставалась загадкой.

В бактериальных клетках полифосфаты способны образовывать особые конденсаты (безмембранные капли) в области нуклеоида, где хранится генетический материал. Такие клетки, как правило, обогащены ионами магния. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало, что именно магний играет ключевую роль в связи полифосфатов с ДНК при образовании новых структур.

Команда ученых под руководством Лизы Рэки (Lisa Racki) и Ашока Дениза (Ashok Deniz) наблюдала этот эффект, применяя методы флуоресцентной микроскопии (молекулы полифосфатов и ДНК маркировались красителями) и электронной криотомографии (для детального изучения структуры). Этот подход позволил зафиксировать, как нити ДНК прилегают к поверхности полифосфатных конденсатов.

Результаты показали, что в присутствии ионов магния длинные цепочки полифосфатов спонтанно собирались в капли, однако оболочка формировалась только при определенных концентрациях: при слишком низком или высоком содержании магния процесс прерывался. Это означает, что даже небольшие концентрации ионов магния могли изменять «поведение» ДНК и размер полифосфатных конденсатов. При этом длинные цепочки ДНК уменьшали размер капель, предотвращая их слияние.

Это открытие позволяет по-новому взглянуть на роль полифосфатов в организации ДНК, так как их присутствие может изменять форму и функцию хроматина. Ученые отметили, что описанный механизм, вероятно, широко распространен и не ограничивается только бактериальными клетками: магний и ДНК встречаются повсеместно, как и полифосфаты.

Поскольку полифосфатные конденсаты являются подходящими наноконтейнерами для упаковки лекарственных веществ, результаты данной научной работы найдут применение в биоинженерии. Понимание того, что оболочка из ДНК влияет на их форму и поведение, позволит лучше управлять структурой подобных комплексов.

Чтобы выяснить, можно ли применить этот универсальный механизм к другим молекулярным взаимодействиям в клетках, ученые планируют провести дополнительные эксперименты, добавляя к ДНК и полифосфатам различные белки и другие компоненты. Поскольку такие простые полимеры, как полифосфаты, в присутствии магния и ДНК образуют структуры, влияющие на конфигурацию генетического материала и клеточные функции, результаты будущих исследований, вероятно, будут впечатляющими.