Методы статистической механики и математического моделирования применили для изучения механизма эпигенетической памяти - Гранит науки - 2014-02-17
Физики из Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (Lawrence Livermore National Laboratory) нашли новое применение подходам и математическому аппарату, обычно используемым в физике. В частности они обратились к биологической проблеме запоминания клетками таких переменных как пищевые факторы или температура. «Эта работа подчеркивает междисциплинарную природу современной молекулярной биологии», - сказал в комментарии порталу Phys.org один из авторов статьи, публикуемой журналом Physical Review Letters, Кен Ким (Ken Kim) из Лаборатории Ливермора. Не все свойства живых организмов могут быть объяснены исключительно их генами. Тонкие эпигенетические процессы происходят на уровне непосредственного биохимического окружения генов, и более того, эти реакции наследуются в следующем поколении.
Объектом исследования авторов был центральный вопрос эпигенетики - динамика модифицикации белков-гистонов, которые находятся в клеточном ядре. Прежде считалось, что они играют статичную структурную роль, участвуя в упаковке нитей ДНК. Однако с установлением того факта, что подобно генетическим изменениям, эпигенетические изменения при клеточном делении сохраняются, выяснилось и то, что гистоны играют важную динамическую роль в механизме, обеспечивающем эпигенетическую регуляцию.
Молекулярный механизм эпигенетической памяти включает комплекс взаимодействий между гистонами, ДНК и ферментами, в результате чего характер химических изменений, происходящих с гистонами, распознается клеткой. Когда гистоны претерпевают химические изменения (гистонную модификацию) под воздействием каких-либо внешних стимулов, это запускает процесс запоминания стимула внутри клетки. Сформировавшаяся память наследуется при делении клеток, но она может быть обратима спустя несколько циклов клеточного деления. Для выяснения деталей столь сложной системы взаимодействий при эпигенетической регуляции ученые создали математическую модель, которая выделила ключевые особенности индуцируемой гистонами эпигенетической памяти. Были выявлены, как пишут авторы, «инженерные вызовы», с которыми клетка в процессе молекулярного узнавания сталкивается постоянно. Эпигенетические модификации существенны в развитии и функционировании клеток, также они играют ключевую роль в онкогенезе.
Как поясняет Цзяньхуа Син (Jianhua Xing), прежде сотрудник Лаборатории Ливермора, а ныне профессор Virginia Tech, «изменения в эпигеноме могут вызывать активацию или дезактивацию сигнальных путей, которые ведут к образованию раковых опухолей». Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».