Учёные взглянули на ДНК через "вычислительный микроскоп", чтобы раскрыть тайны генов

Коллектив учёных с биологического факультета МГУ им. Ломоносова под руководством профессора Алексея Шайтана собрал метаобзор исследований молекулярного моделирования генома. Результаты вышли в престижном журнале WIREs Computational Molecular Science, пишут argumenti.ru.

Геном человека закодирован в молекулах ДНК, находящихся в ядре каждой клетки. Несмотря на секвенирование генома более 20 лет назад, его механизмы работы остаются не до конца понятными. Считывание информации регулируется физическими взаимодействиями между молекулами ДНК, РНК и белков, что формирует сложный механизм эпигенетической регуляции.

В обзоре проанализировано более 60 исследований в области суперкомпьютерного молекулярного моделирования нуклеосом и ДНК-белковых взаимодействий за последние пять лет. Основное внимание уделено физическим принципам и молекулярным механизмам функционирования нуклеосом, а также влиянию структуры ДНК и белков на их динамику.

Основной тренд последних лет — моделирование динамики на мультимикросекундном масштабе времени, что позволяет изучать новые процессы в работе генома, такие как передвижение нуклеосом вдоль ДНК и изменение их структуры при эпигенетической разметке.

"Элементарные структуры генома многих организмов, нуклеосомы, имеют размеры порядка 10 нанометров. Это тот масштаб, который ещё не видно в оптический микроскоп, но уже сложно изучать с помощью рассеяния рентгеновских лучей или электронов. Методы молекулярного моделирования — это своеобразный "вычислительный микроскоп", который позволяет нам заглянуть в тайны работы генома и дополняет различные современные методы экспериментальной геномики и структурной биологии", — объяснил Алексей Шайтан.

Суммированы также лучшие методические рекомендации по моделированию ДНК-содержащих молекулярных систем, для желающих узнать подробнее выложены интерактивные материалы.

Уточнения

Нуклеосома — это структурная часть хромосомы, образованная совместной упаковкой нити ДНК с гистоновыми белками H2А, H2B, H3 и H4. Последовательность нуклеосом, соединенная гистоновым белком H1, формирует нуклеофиламент, или иначе нуклеосомную нить.