Пигенетическая наследственность очень важна для многих организмов, в том числе и для растений. Теперь ученые узнали еще больше об этом механизме, который может иметь серьезные последствия для поставок продовольствия, сельского хозяйства и окружающей среды. Новое исследование опубликовано в журнале Journal Cell.
Когда-то считалось, что наследование — это просто передача ДНК от родителя к потомству. Но это не так: некоторые организмы также передают химические маркеры, которые помогают клеткам инструктировать, как использовать ДНК. Передача этих специфических маркеров называется эпигенетическим наследованием, и за последние несколько десятилетий произошел взрыв в области эпигенетики, особенно у растений, где это так распространено.
Мобильные элементы (транспозоны) удачно называют «прыгающими генами», поскольку, когда они включены, они могут перемещаться и нарушать работу других генов. Иногда это может быть опасным механизмом, поэтому, чтобы защитить геном и заставить замолчать эти гены, клетки могут прикреплять регуляторные маркеры к определенным участкам ДНК посредством так называемого метилирования.
В только что опубликованной новой статье ученые исследуют белок DDM1 у Arabidopsis thaliana (одного из основных модельных организмов растительного мира). DDM1 — это белок, который был впервые обнаружен 30 лет назад автором исследования Робом Мартиенссеном и его бывшим коллегой, и он играет важную роль в метилировании ДНК.
ДНК растений часто плотно упакована и компактна. Клетки часто оборачивают ДНК вокруг гистонов, которые называются упаковочными белками. Но это само по себе может вызвать проблемы, поскольку гистоны могут блокировать доступ к ДНК, поэтому для того, чтобы метилирование вообще произошло, гистоны необходимо либо переместить, либо отодвинуть в сторону.
На протяжении всей своей истории исследователи обнаружили, что DDM1 любит скользить по упаковочным белкам, обнажая стороны, которые могут нуждаться в метилировании. Ученые сравнивают это с йо-йо, скользящим по веревке. Гистоны могут «передвигаться вверх и вниз по ДНК, одновременно обнажая части ДНК, но никогда не отпадая», — объясняет Мартиенссен в своем заявлении.
Исследователи теперь выяснили, как именно белок уступает место ферменту, который участвует в метилировании. В этом исследовании использовались эксперименты по биохимической, генетической и цитоэлектронной микроскопии, чтобы точно определить, какие гистоны вытесняет DDM1, и получить изображения фермента, взаимодействующего с соответствующими упаковочными белками и ДНК.
В ходе исследований они увидели, как DDM1 прикрепляется к определенным гистонам и, в свою очередь, реконструирует упакованную ДНК.
«Неожиданная связь, которая связывает DDM1 вместе, соответствует первой мутации, обнаруженной много лет назад», — говорит автор исследования Лимор Джошуа-Тор.
Также было обнаружено, что DDM1 имеет сродство к определенным гистонам, что помогает сохранять важный эпигенетический контроль из поколения в поколение. Один гистон, который, по-видимому, встречается только в пыльце, устойчив к DDM1 и фактически действует как заполнитель во время деления клеток.
«Он помнит, где находился гистон во время развития растения, и сохраняет эту память в следующем поколении», — говорит Мартиенссен.
В целом, это открытие может быть связано не только с растениями, оно может распространиться и на человеческий мир. Людям также необходимы DDM1-подобные белки для поддержания метилирования ДНК. Новое исследование может помочь выяснить, как эти человеческие белки могут поддерживать функциональность и целостность наших геномов.