Ученые из Московского государственного университета, под руководством старшего научного сотрудника Михаила Тамма, оценили выгоды укладки хромосом в ядре клетки по принципу фрактальной глобулы и пришли к выводу, что такой принцип позволяет генетическим механизмам работать максимально быстро. Подробная статья об этом, опубликованная в журнале Physical Review Letters, вкратце пересказывается в пресс-релизе МГУ.
Неактивные хромосомы, которых в клеточном ядре всегда подавляющее большинство, должны быть уложены максимально компактно. При этом необходимо, чтобы каждая хромосома в любой момент была готова распаковаться, чтобы на основе содержащихся в ней генов начался синтез необходимых клетке веществ. Иными словами, гены должны быть максимально подвижны друг относительно друга.
Долгое время считалось, что хромосомы в ДНК клеточного ядра сворачиваются просто в запутанный клубок, называемый на научном языке глобулой. (Происходит такое сворачивание «автоматически», за счет механизма, называемого тепловой диффузией.) Однако еще в 1988 г. российские физики Александр Гросберг, Сергей Нечаев и Евгений Шахнович предположили, что глобула в данном случае является не обычной, а складчатой, или фрактальной.
Фракталом, как известно, называется структура, которая на разных уровнях организована по одним и тем же принципам. То есть, малые витки свиваются в более крупные. Применительно к хромосомам, в результате получается структура, которую ученые из МГУ образно сравнивают с уложенными в пачке сухими спагетти, или «Дошираком».
Теперь научному коллективу под руководством Михаила Тамма удалось впервые построить компьютерную модель укладки во фрактальную глобулу длинной цепочки полимерной молекулы, состоящей из 250 000 звеньев. То есть, максимально точно смоделировать процессы, предположительно происходящие с хромосомами в ядре. Эта работа производилась на суперкомпьютере МГУ «Ломоносов».
Анализ показал, что средний квадрат теплового смещения звена цепочки рос пропорционально времени не в степени 0.25, как в обычной глобуле, а в степени 0.4. То есть, во фрактальной глобуле отдельные гены гораздо подвижнее друг относительно друга, чем в обычной. А значит, скорее всего именно укладка «по принципу "Доширака"» как раз и имеет место в реальных клетках.
Исследователи рассчитывают, что полученные ими результаты позволят лучше понять, как работают клеточные механизмы, связанные с хранением и считыванием генетической информации.
«С точки зрения динамики нам бы хотелось разобраться с тем, какие там встроенные характерные времена, какие процессы могут происходить просто за счет теплового движения, а что неизбежно требует привлечения активных элементов, ускоряющих работу ДНК», — сказал Михаил Тамм.
