Том 89, № 4 (2024)

Точная репликация и разделение длинных линейных молекул геномной ДНК связаны с преодолением ряда чисто механических трудностей. SMC-Комплексы являются ключевыми компонентами клеточной машинерии, обеспечивающей декатенацию сестринских хромосом, а также компактизацию геномной ДНК во время деления. Один из базовых эукариотических SMC-комплексов, когезин, имеет типичную для этой группы кольцевую структуру с межсубъединичной порой, сквозь которую могут быть продеты нити ДНК. На способности когезина к такому топологическому надеванию на ДНК основано участие комплекса в пострепликативном сцеплении сестринских хроматид – когезии. Сравнительно недавно стало ясно, что когезин, так же как и другие SMC-комплексы, является моторным белком, своеобразное движение которого по молекуле ДНК ведет к выпетливанию ДНК (процесс, получивший название «экструзия»). Экструзия обеспечивает выполнение функций когезина за пределами когезии, однако молекулярный механизм процесса остается загадкой. В этом обзоре мы суммировали данные об архитектуре когезина, о влиянии связывания и гидролиза ATP на эту архитектуру, а также о ряде альтернативных способов связывания комплекса с ДНК. Многие из представленных структурных закономерностей в ближайшем будущем, вероятно, станут частью целостной модели, описывающей молекулярный механизм процесса экструзии.

Белок Su(Hw) (Suppressor of Hairy-wing) принадлежит к классу белков, которые организуют архитектуру хромосом, определяют активность промоторов и участвуют в формировании границ/инсуляторов между регуляторными доменами. Этот белок содержит кластер из 12 цинковых пальцев типа С2Н2, часть из которых отвечает за связывание с консенсусным сайтом. Su(Hw) образует комплекс с белком Mod(mdg4)-67.2 и белком CP190 (Centrosomal protein 190kD), связывающимся со всеми известными инсуляторами дрозофилы. Для дальнейшего изучения функционирования Su(Hw)-зависимых комплексов мы использовали ранее описанную мутацию su(Hw)E8, которая инактивирует седьмой цинковый палец, в результате чего мутантный белок теряет способность связываться с консенсусным сайтом. В представленной работе показано, что белок Su(Hw)E8 продолжает напрямую взаимодействовать с белками CP190 и Mod(mdg4)-67.2. Через взаимодействие с Mod(mdg4)-67.2 белок Su(Hw)E8 может привлекаться в состав формирующихся на хроматине Su(Hw)-зависимых комплексов и усиливать их инсуляторную активность. Результаты работы демонстрируют, что не связанные с ДНК Su(Hw)-зависимые комплексы могут рекрутироваться на Su(Hw)-связывающие сайты через специфичные белок-белковые взаимодействия, которые стабилизируются Mod(mdg4)-67.2.

Развитие методов захвата конформации хромосом кардинально изменило наше представление об архитектуре и динамике хроматина. Применение этих технологий для исследования разных организмов позволило раскрыть основные принципы организации хромосом. Однако структурная организация внехромосомных элементов, таких как вирусные геномы или плазмиды, и их взаимодействия с геномом хозяина остаются недостаточно исследованными. В данной работе мы представляем усовершенствованный протокол 4C, предназначенный для изучения взаимодействий ДНК плазмиды с ядерной ДНК. Мы разработали специфический плазмидный вектор и оптимизировали протокол для обеспечения высокой эффективности детекции контактов между плазмидой и ДНК хозяина.

Хроматин является эпигенетической платформой для реализации ДНК-зависимых процессов. Нуклеосома, как базовый уровень компактизации хроматина, во многом определяет его свойства и структуру. При изучении структуры и функций нуклеосом активно применяются физикохимические инструменты, такие как магнитный и оптический «пинцеты», «ДНК-шторы», ядерный магнитный резонанс, рентгеноструктурный анализ и криоэлектронная микроскопия, а также оптические методы, основанные на резонансном переносе энергии Ферстера. Несмотря на то что эти подходы позволяют определять широкий спектр структурно-функциональных характеристик хроматина и нуклеосом с высоким пространственным и временным разрешением, атомно-силовая микроскопия (АСМ) дополняет возможности перечисленных методов. В данном обзоре представлены результаты структурных исследований нуклеосом в свете развития метода АСМ. Возможности АСМ рассмотрены в контексте применения других физико-химических подходов.

В отсутствии кислорода многие микроорганизмы способны к анаэробному дыханию с использованием различных органических соединений в качестве терминальных акцепторов для электрон-транспортной цепи. В представленной работе произведена идентификация белка, ответственного за восстановление акрилата в анаэробной дыхательной цепи морской бактерии Shewanella woodyi. Показано, что полученные при разделении периплазматических белков S. woodyi фракции, обладающие акрилатредуктазной активностью, содержат белок ArdA (Swoo_0275) в качестве основного компонента. Гетерологичная экспрессия генов ardA/ardB (swoo_0275/swoo_0276), но не одиночного гена ardA (swoo_0275) в клетках Shewanella oneidensis MR-1 приводит к появлению в их периплазме несвойственной для этой бактерии акрилатредуктазной активности. Эти данные позволяют заключить, что флавоцитохром c ArdAB (Swoo_0275/Swoo_0276) ответственен за восстановление акрилата в клетках S. woodyi. ArdAB обладает высокой субстратной специфичностью и, кроме акрилата среди других 2-еноатов, способен восстанавливать только метакрилат, хотя и с 22-кратно меньшей скоростью по сравнению с восстановлением акрилата. Экспрессия гена ardA индуцируется присутствием акрилата или метакрилата в среде при анаэробном выращивании S. woodyi, что сопровождается появлением акрилатредуктазной активности в периплазме этой бактерии. Восстановление акрилата с помощью ArdAB позволяет осуществлять диметилсульфониопропионатзависимое анаэробное дыхание S. woodyi и, по-видимому, многих других морских бактерий.

Наименее изученный до недавнего времени компонент цитоскелета – промежуточные филаменты (ПФ) – в последние годы находится в зоне пристального внимания и активного исследования. В различных клетках ПФ состоят из разных белков, характерных для данного типа клеток. Накопленные к настоящему моменту данные меняют устоявшиеся представления о ПФ как структурах, обеспечивающих исключительно механическую прочность клеток. Помимо этой роли, было показано их участие в поддержании формы клеток и усилении клеточной адгезии. К настоящему времени накоплены данные, свидетельствующие о роли ПФ во множестве других биологических процессов, включая организацию микротрубочек и микрофиламентов, регуляцию ядерной структуры и активности, контроль клеточного цикла и регуляцию путей передачи сигналов. Отдельно следует отметить их активное участие в регуляции некоторых аспектов внутриклеточного транспорта. Среди белков, составляющих ПФ, особое место занимает виментин – как оказалось, он связан с развитием целого спектра различных патофизиологических состояний, включая онкологические заболевания, катаракту, болезнь Крона, ревматоидный артрит и ВИЧ. Учитывая особенности строения виментина, биологические функции различных его частей, его вовлечённость в регуляцию широкого спектра основных клеточных функций и связь с развитием заболеваний человека, в настоящем обзоре мы сосредоточились почти исключительно на виментине и известных к настоящему времени функциях виментиновых ПФ, акцентируя их особую роль в физиологии клеток в сравнении с ПФ, построенными из других белков.