Можем ли да живеем по-дълго? Откритие на физици в областта на теломерите

Биолози от Нанянския технологичен университет в Сингапур, са открили нова структура на теломерната ДНК с помощта на физиката и малък магнит. Много учени смятат, че теломерите са ключът към по-дългия живот. Те предпазват гените от увреждане, но се скъсяват малко при всяко делене на клетката и ако станат твърде къси, клетката умира. Резултатите от изследването са публикувани в списание Nature и ще ни помогне да разберем стареенето и болестите.

Когато чуете да се говори за ДНК, рядко бихте се сетили за физика. Но Джон ван Ноорт (John van Noort) от Лайденския институт по физика (LION) в Нидерландия е един от учените, открили новата структура на ДНК. Като биофизик той използва методи от физиката за биологични експерименти. Това привлича вниманието и на

Като наниз от мъниста

Всяка клетка на нашето тяло съдържа хромозоми, които носят гени, определящи нашите характеристики (как изглеждаме например). В краищата на тези хромозоми има теломери, които предпазват хромозомите от увреждане. Те приличат малко на пластмасовите връхчета в края на връзките за обувки.

Рисунка 1: Клетка, хромозома и теломери. Кредит: Leiden University

Тъй като ДНК между теломерите е дълга два метра, тя трябва да се сгъне, за да се побере в клетката. Това се постига чрез увиване на ДНК около комплекси от протеини. Заедно ДНК и протеините обрауват т.н. нуклеозома. Подреждането им наподобава на наниз от мъниста, като има нуклеозома, парче свободна (или несвързана) ДНК, нуклеозома и т.н.

След това този низ от мъниста се сгъва още повече. Начинът, по който това се случва, зависи от дължината на ДНК между нуклеозомите, мънистата на нишката. Две от структурите, които се появяват след нагъването, вече са известни. При едната от тях две съседни мъниста се залепват едно за друго, а между тях виси свободната ДНК (фигура 2А). Ако парчето ДНК между мънистата е по-късо, съседните мъниста не успяват да се залепят. Тогава се образува структура като на фигура 2В.

В своето изследване Ван Ноорт и колегите му откриват друга структура на теломера. Тук нуклеозомите са много по-близо една до друга, така че между мънистата вече няма свободна ДНК. Това в крайна сметка създава една голяма спирала от ДНК (фигура 2С).

Рисунка 2: Трите различни структури на ДНК. Кредит: Лайденски университет

Магнит

Новата структура е открита с помощта на комбинация от електронна микроскопия и молекулярно-силова спектроскопия. Последната техника идва от лабораторията на Ван Ноорт. При нея единият край на ДНК е прикрепен къмпредметно стъкло, а към другия е залепена малка магнитна топка. След това набор от силни магнити над това топче издърпва наниза от мъниста. Чрез измерване на силата, необходима за разкъсване на мънистата едно по едно, се открива повече информация за това как е сгънат низът. След това изследователите в Сингапур използват електронен микроскоп, за да получат по-добра представа за структурата.

Строителни блокове

Структурата, заявява Ван Ноорт, е „свещеният граал на молекулярната биология“. Ако познаваме структурата на молекулите, това ще ни даде по-добра представа за това как се включват и изключват гените и как ензимите в клетките се справят с теломерите: например как поправят и копират ДНК. Откриването на новата структура на теломерите ще подобри разбирането за градивните елементи в организма. А това от своя страна в крайна сметка ще помогне в изучаването на стареенето и болести като рака и в разработването на лекарства за борба с тях.

Справка: “Columnar structure of human telomeric chromatin” by Aghil Soman, Sook Yi Wong, Nikolay Korolev, Wahyu Surya, Simon Lattmann, Vinod K. Vogirala, Qinming Chen, Nikolay V. Berezhnoy, John van Noort, Daniela Rhodes and Lars Nordenskiöld, 14 September 2022, Nature.

DOI: 10.1038/s41586-022-05236-5

Петър Димитров

––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Източник: Can We Live Longer? Physicist’s Breakthrough Discovery in Genetic Protective Layer
Leiden University