Rick Ryan, Cornell Universiteti

Stefani Baum tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriNukleosomlar kiçik həyat çubuqları kimi DNT-mizi dolaşır və qoruyur. CHESS-də elm adamları təbiətin onları necə möhkəm və mütəşəkkil saxladığını görmək üçün həddindən artıq təzyiq altında bu strukturları sıxdılar. Kredit: Milli İnsan Genomu Tədqiqat İnstitutu

DNT-ni sıxdıqda nə baş verir? Təzyiq genetik materialımızın necə qablaşdırıldığı, qorunduğu və əldə olunduğu barədə bir şey aşkar edə bilərmi?

Pensilvaniya Universitetində struktur bioloqu olan Dr. Kushol Gupta bu sualı cavablandırmaq üçün Kornel Yüksək Enerji Sinxrotron Mənbəsinə, CHESS-ə müraciət etdi. Və o, tapdı ki, təzyiqi artırmaq həyatın atom miqyasında özünü necə təşkil etdiyini öyrənmək üçün ən yaxşı yollardan biri ola bilər.

Xromosom Tədqiqatında dərc edilən yeni bir araşdırmada Gupta və əməkdaşları DNT-mizin müxtəlif hissələrinin, xüsusən də nukleosomların həddindən artıq fiziki stressə necə reaksiya verdiyini araşdırmaq üçün CHESS-də yüksək təzyiqli kiçik bucaqlı rentgen şüalarının səpilməsindən (HP-SAXS) istifadə etdilər.

Təcrübələr, Durgesh Rai və Richard Gillilan tərəfindən hazırlanmış və 400 meqapaskala (MPa), yəni təxminən 4000 dəfə atmosfer təzyiqinə və ya Mariana dibindəki təzyiqdən dörd dəfə yuxarı qalxa bilən xüsusi hazırlanmış hidrostatik təzyiq hüceyrəsindən istifadə etməklə CHESS-də ID7A1 şüa xəttində aparıldı.

Xromatin kodunu sındıraraq açın

Hər bir hüceyrənin içərisində DNT, genomu təşkil etməyə və gen fəaliyyətini idarə etməyə kömək edən DNT və zülallardan ibarət olan xromatin adlı materiala sıx şəkildə yığılmışdır.

Nukleosomlar DNT-mizi təşkil edən molekulyar “makaralardır” və hər kiçik hüceyrəyə təxminən altı fut genetik materialın yığılmasına kömək edir. Kanonik nukleosom histon H3 zülallarının nüvəsi ətrafında bükülmüş DNT-dən ibarətdir. Lakin bütün nukleosomlar bərabər yaradılmır. Bəzi nukleosomlar hüceyrə bölünməsində əsas rol oynayan xromosomun bölgəsi olan sentromerdə yerləşir və histon H3 variantı olan CENP-A adlı xüsusi zülal ehtiva edir.

“Sentromerik nukleosomlar həm tərkibinə, həm də funksiyalarına görə unikaldır” dedi Qupta. “Ancaq onları fiziki cəhətdən adi nukleosomlardan nə ilə fərqləndirdiyini başa düşmək, xüsusən də real, həllə əsaslanan mühitlərdə çətin olub.”

Təlim üzrə kristalloqraf olan Qupta bioloji strukturları öyrənmək üçün səpilmə üsullarından istifadə etmək üzrə ixtisaslaşıb və bu hissəciklərin statik görüntülərindən kənara çıxmaq istəyirdi. O, onların təzyiq altında necə davrandıqlarını, əyildiklərini və reaksiya verdiklərini görmək istəyirdi.

Tapdıqları şey olduqca açıq idi.

Niyə təzyiq?

CHESS-də bioSAXS şüa xəttini və onun yeni işlənmiş HP-SAXS imkanlarını daxil edin. CHESS beamline ID7A1 ABŞ-da tədqiqatçıların bioloji nümunələr üzərində yüksək təzyiqli rentgen şüalarının səpilməsi təcrübələri həyata keçirə biləcəyi yeganə yerlərdən biridir.

Guptanın komandası məhluldakı nukleosom nümunələrinə artan təzyiq, 300 meqapaskal və ya təxminən 3000 dəfə atmosfer təzyiqi tətbiq etdi. Bu, dərin dəniz orqanizmlərinin, eləcə də genetik materialın xromatin strukturlarına sıx şəkildə yığıldığı insan DNT-sinin yaşadığı stress növünü təqlid edir.

Nəticələr iki növ nukleosom arasında nəzərəçarpacaq ziddiyyət göstərdi.

“Təzyiqi artırdıqca, adi nukleosomların qismən açılmağa başladığını gördük. Əslində, DNT histon nüvəsindən açıldı” dedi Qupta. “Ancaq CENP-A-nı ehtiva edən sentromerik nukleosomlar daha yaxşı birləşdi. Onlar struktur olaraq daha möhkəm idilər.”

Təzyiq azad edildikdən sonra hər iki növ nukleosom orijinal formasına qayıtdıqda Gupta təəccübləndi. “Biz bunu gözləmirdik. Deformasiya böyük ölçüdə geri dönə bilərdi” dedi.

Biologiyanı öz hüdudlarına çatdırmaq

Gupta, CHESS-in bioSAXS şüa xəttinin tədqiqatçıların bioloji sistemlərin davranışını araşdırmaq üçün təzyiq, temperatur və ya anaerob şərait kimi diqqətlə idarə olunan şərtləri tətbiq edə biləcəyi bir növ “molekulyar stress test laboratoriyası” kimi fəaliyyət göstərdiyini söylədi.

“Təzyiqdə güclü olan odur ki, onun öyrəndiyiniz molekulların dəyişdirilməsini tələb etmir” dedi. “Siz DNT-ni mutasiya etmirsiniz və ya kimyəvi maddələr əlavə etmirsiniz. Siz sadəcə olaraq sistemi narahat edirsiniz və onun necə reaksiya verdiyini izləyirsiniz.”

O qeyd edib ki, bu yanaşma strukturu və sabitliyi, xüsusən statik və ya süni şəraitdə öyrənilməsi çətin olan xromatin kimi sistemlərdə araşdırmaq üçün daha təbii yol təklif edir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Yeni sərhədlərin açılması

Gupta peyvəndlə əlaqəli hissəcikləri, zülal-zülal qarşılıqlı təsirlərini və ferment-liqand bağlama vəziyyətlərini öyrənmək üçün artıq CHESS-də eyni HP-SAXS üsullarını tətbiq edir.

Xüsusilə xromatin tədqiqatı üçün təzyiqdən struktur zond kimi istifadə etmək imkanı elm adamlarına başa düşməyə kömək edə bilər:

• Hüceyrə bölünməsi zamanı xromosomlar öz bütövlüyünü necə qoruyur
• Gen ifadəsi incə fiziki dəyişikliklərlə necə tənzimlənir
• Dərin okean kimi ekstremal mühitlərdə həyat necə sağ qalır

Bu iş məhlulda xromatin strukturunu və dinamikasını öyrənmək üçün güclü, qeyri-invaziv alət kimi yüksək təzyiqli SAXS potensialını vurğulayır. Gupta vurğuladı ki, yüksək təzyiq və kiçik bucaqlı səpilmənin birləşməsi sahə üçün hələ də nisbətən yenidir, lakin sürətlə böyüyür.

“Xromatinin stress altında və ya ekstremal mühitlərdə necə davrandığı barədə hələ də anlamadığımız çox şey var” dedi. “CHESS-dəki bu qabiliyyət bizə başqa yerlərdə tapmaq çətin olan eksperimental nəzarət və çeviklik növləri ilə bu sualları birbaşa soruşmaq üçün bir yol verir.”

Daha çox məlumat: Kushol Gupta et al, Adi və CENP-A nukleosomları arasındakı həll konformasiya fərqləri yüksək təzyiq altında geri dönən deformasiya ilə vurğulanır, Xromosom Araşdırması (2025). DOI: 10.1007/s10577-025-09769-z

Cornell Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir