Группа ученых с биологического и физического факультетов МГУ провела серию расчетов, изучив все возможные варианты взаимодействия пионерного транскрипционного фактора SOX2 с нуклеосомой. Нуклеосома представляет собой комплекс ДНК с гистоновыми белками, формирующий основу упаковки генетического материала в клетке. Итоги работы опубликованы в журнале «Биофизика».
SOX2 относится к классу пионерных факторов, способных узнавать свои мишени на ДНК даже тогда, когда она плотно упакована в хроматин. Этот белок играет большую роль в поддержании плюрипотентности, раннем развитии эмбриона и некоторых клеточных процессах. Однако в научной среде долгое время не было единого понимания, почему в разных экспериментах SOX2 демонстрирует предпочтение к разным участкам на нуклеосоме. Одни методы указывали на центральные области, другие — на краевые, что создавало трудности для интерпретации данных.
Для решения этой задачи специалисты провели детальное атомистическое моделирование, охватившее все вероятные сайты связывания на нуклеосомной ДНК. Расчеты показали, что взаимодействие может протекать по двум основным сценариям. В первом случае связывание происходит без смещения ДНК относительно гистонового кора. В такой ситуации SOX2 стабильно взаимодействует лишь с ограниченным набором позиций, что характерно для жестко закрепленных нуклеосом. Во втором случае, когда нуклеосома обладает большей подвижностью и может слегка смещаться вдоль нити ДНК, белок получает возможность образовать правильный комплекс уже в 14 различных позициях. Это объясняет, почему в лабораторных опытах с использованием более подвижных нуклеосом обнаруживались неожиданные сайты связывания.
Таким образом, именно лабильность нуклеосомы, ее способность к движению во многом определяет доступность участков ДНК для пионерного фактора. В исследовании также описаны новые перспективные позиции для связывания, которые ранее не изучались экспериментально.
Результаты работы показывают, что предпочтения SOX2 определяются не только его собственными свойствами и предпочтительной последовательностью связывания, но и локальной геометрией нуклеосомной ДНК и строгостью позиционирования нуклеосомы. Фактически в исследовании получена карта потенциальной доступности нуклеосом для пионерного фактора, что является важным шагом к определению механизмов запуска перепрограммирования клетки SOX2 и другими пионерными транскрипционными факторами.
Работа ученых дает структурное объяснение накопленным экспериментальным данным и открывает пути для дальнейшего изучения того, как пионерные факторы управляют активностью генов в условиях плотной упаковки хроматина.
Ранее ученые нашли метод считывания скрытых сигналов мозга.
