Ученые вывели универсальный физический закон, объясняющий движение хромосом в живой клетке

Команда ученых из Сколтеха, Потсдамского университета и Массачусетского технологического института установила фундаментальное правило, описывающее кажущееся хаотичным поведение хромосом внутри живой клетки.



Ранее между данными двух типов наблюдений возникало противоречие: геномные исследования указывали на то, что хромосомы свёрнуты в плотную фрактальную глобулу — фактически компактный «комок», где движение ограничено, тогда как эксперименты с живыми клетками фиксировали быстрые и активные перемещения отдельных участков ДНК. Объединить эти свидетельства долго не удавалось.

Исследователи создали статистическую физическую модель, которая продемонстрировала: динамика фрагментов хромосомы подчиняется универсальному закону, не зависящему от мелких деталей внутренней структуры. Ключевая идея состоит в том, что нужно рассматривать не поведение отдельных нитей ДНК, а коллективное движение связанных сегментов. Как пояснил старший преподаватель Центра нейробиологии и нейрореабилитации им. Владимира Зельмана Сколтеха Кирилл Половников, подвижность участка хромосомы обратно пропорциональна его длине — это общее свойство полимерных цепей, работающее и в равновесных системах, и в активной среде клетки.

Анализ показал, что коллективная динамика хромосом течет медленнее, чем считали раньше, и характеризуется степенным показателем примерно 0,77 — значение, соответствующее фрактальным полимерам с топологическими ограничениями, когда нити не могут свободно пересекаться. Следовательно, структура хромосомы действительно представляет собой плотный клубок, однако отдельные сегменты способны перемещаться до тех пор, пока не встретят преграды, обусловленные этой топологией.

Модель также предсказывает, что при смене условий — например, в преддверии деления клетки — между удалёнными участками могут возникать дальние корреляции; такие эффекты были подтверждены с помощью компьютерного моделирования. По словам Кириллa Половникова, отслеживание всего двух точек на хромосомном участке позволяет восстановить информацию о коллективной динамике и трёхмерной организации, что открывает новые возможности для понимания устройства генома и показывает действие универсальных физических законов на уровне ДНК.

Читайте также: