Колектив біологів і фізиків з Університету північної Кароліни розробив новий метод на основі атомно-силової мікроскопії, який дозволяє простежити рух ДНК як зовні, так і всередині ДНК-білкових комплексів. Цей метод дозволив дослідникам розглянути в деталях теломери - «затички» на кінцях хромосом, робота яких має ключове значення для контролю молекулярного старіння і запобігання раковому переродженню. Дослідження опубліковано в журналі.
Метод, що дозволяє розглянути на мікрофотографіях окремо ДНК і білок автори назвали DREEM (Dual-Resonance-frequency-Enhanced Electrostatic force Microscopy), що можна перекласти як електростатична атомно-силова мікроскопія, посилена подвійним резонансом. У загальних рисах її принцип роботи мало відрізняється від звичайної атомно-силової мікроскопії: досліджуваний препарат наноситься на підкладку, а потім відчупується за допомогою найтоншої голки-кантилевера (приблизно так само голка грамофона відчупує звукову доріжку на платівці).
Відмінність нового методу полягає в тому, що на підкладку подається змінна електрична напруга. В результаті голка-кантилевер «відчуває» не тільки механічні підйоми і провали на поверхні молекул, але і реагує на їх заряд. Оскільки заряд ДНК (загалом негативний) відрізняється від заряду, білків (переважно позитивного), DREEM дозволяє «бачити», де знаходиться яка молекула. Цікаво, що таким чином можна отримувати дані не тільки про молекули, експоновані на поверхні, але і про те, що заховано всередині молекулярного комплексу.
Принцип нового методу дослідники докладно виклали в статті, що вийшла пару тижнів тому в. У новій статті той же колектив описує застосування методу DREEM для вивчення теломер.
Теломери являють собою ДНК-білковий комплекс, який знаходиться на кінцях хромосом майже у всіх ядерних організмів. Його існування пояснюється тим, що обрив на кінці ДНК є «аварійним сигналом» для клітини - він може бути свідченням небезпечного дволанцюжкового розриву всередині хромосоми (ферменти «не бачать» різниці між кінцем і тілом хромосоми). Щоб запобігти непотрібній в даному випадку «аварійній реакції», існують спеціальні білки, які ховають кінці хромосом всередину білкового комплексу. ДНК при цьому згортається в петлю, так звану Т-петлю.
Ключовим білком теломери, який забезпечує існування Т-петлі у людини, є TRF2. Він вже добре вивчений в ізольованих системах завдяки рентгеноскопічному методу. Однак, як саме TRF2 формує структури Т-петлі всередині клітин, досі було не зрозуміло.
У новій роботі дослідники показали, що TRF2 ховає ДНК всередині «шуби» з пов'язаних одна з одною молекул. При цьому, всупереч очікуванням біологів, не вся нуклеїнова кислота виявляється пов'язаною з TRF2 - частина її випетлюється і, як встановили автори, залучає до теломери інші важливі ферменти. Наприклад, «викликає» теломеразу - білок, що подовжує теломери.
Необхідність подовження теломер і існування спеціального ферменту для цього процесу була передбачена Оловніковим теоретично на підставі розуміння особливостей механізму реплікації ДНК. На відміну від РНК-синтезуючих ферментів, ферменти, які синтезують ДНК обов'язково вимагають затравки (праймера) для початку синтезу. З цього випливає, що без винаходу спеціального механізму підтримки кінців звичайні ферменти реплікації не можуть впоратися із завданням збереження лінійних хромосом.