ДНК на старт: как клетка запускает копирование без пробок
Почему одни участки ДНК копируются сразу, а другие ждут своего часа?
Каждый раз, когда клетка делится, ее ДНК должна быть скопирована без ошибок. Этот процесс — репликация — требует точного контроля, и любые сбои могут привести к серьезным последствиям, включая рак. Но как именно клетка регулирует время запуска копирования ДНК? Одна из гипотез — стартовые точки репликации конкурируют за ограниченное количество ключевых белков.
Чтобы проверить эту идею, ученые создали компьютерную модель, которая имитирует репликацию всего генома дрожжей Saccharomyces cerevisiae. В нашей модели участки ДНК, с которых начинается копирование (ориджины), соревнуются за связывание с редкими белками-активаторами. После использования эти белки возвращаются в общий пул и могут быть задействованы снова.
Результаты опубликованы в издании PLOS Computational Biology.
Модель успешно воспроизвела известные параметры репликации:
- среднее расстояние между активными ориджинами (~57 т.п.н.),
- эффективность работы стартовых точек,
- направление движения репликационных вилок.
Репликационная вилка — это Y-образная структура, которая образуется при копировании ДНК. Здесь ферменты разделяют две цепи молекулы и синтезируют новые, двигаясь в противоположных направлениях.
Кроме того, она предсказала новые данные:
- как меняется число активных вилок во времени,
- распределение времени запуска ориджинов,
- длину участков ДНК, копируемых с одной точки.
Оказалось, что даже при изменении количества доступных белков-активаторов общая картина репликации остается стабильной. Это говорит о том, что система обладает запасом прочности.
Модель помогает понять, как клетка избегает ошибок при копировании ДНК. Это важно для изучения рака, где репликация часто нарушается. Кроме того, подход можно адаптировать для других организмов, включая человека. В перспективе — разработка методов точечного воздействия на репликацию, например, для замедления деления раковых клеток.
Модель упрощает реальность: например, не учитывает, что скорость движения репликационных вилок может меняться в зависимости от участка ДНК. Также ориджины в модели жестко фиксированы, хотя в живой клетке некоторые точки запуска могут активироваться только в экстренных случаях.
Ранее ученые нашли способ остановить рост вредных повторов ДНК.
