Гены под током: «Электрики» для ДНК
Известно, что ДНК в клетке постоянно повреждается в результате тех или иных событий — эти повреждения и называются мутациями. Происходит это как в ходе нормального биосинтеза ДНК, так и под воздействием внешних факторов — ионизирующего излучения, химических агентов. Мутации необходимо исправлять, для чего существуют развитые биохимические механизмы восстановления — системы репарации. Прочесть некоторые подробности об их работе можно в заметке «Ремонтный цех для генов».
Системы репарации быстро обнаруживают поврежденные фрагменты ДНК и моментально их чинят. И если механизмы самого «ремонта» более-менее известны, остается открытым вопрос о том, каким образом ферменты систем репарации ищут повреждения.
Существует версия, что они просто «плавают в растворе» в окрестностях ДНК и в ходе случайных столкновений рано или поздно наталкиваются на нужное место на нити этой молекулы. Но цифры не очень-то сходятся. Один ген может составлять в длину от 1 тыс. до 1 млн азотистых оснований — звеньев, из которых состоит цепочка ДНК. А мутация, как правило, затрагивает 1 или несколько оснований. Если учесть внушительное количество генов в клетке, пассивным случайным перебором найти нужное звено окажется слишком сложно и ненадежно. Нужен какой-то активный механизм.
Возможно, в мутации меняются электрические свойства цепочки ДНК, что и служит сигналом соответствующим белкам — как разрыв в электроцепи привлекает электромонтеров, так и нарушение в ДНК привлекает их. Но и это вряд ли: против этой гипотезы говорит хотя бы тот факт, что по ДНК никакого тока не течет, и «механизм электромонтера» должен иметь какие-то другие физические основы.
Но вот работающий сегодня в США наш соотечественник Аркадий Крохин с коллегами предложили для объяснения этой загадки собственную идею. Прежде всего они обратили внимание на тот факт, что разные фрагменты ДНК обладают разным распределением заряда, в зависимости от конкретного набора азотистых оснований. Исходя из этой посылки, ученые подсчитали распределение заряда и попытались найти в нем закономерности. Оказалось, что закономерности имеются.
Разные части ДНК обладают разными особенностями распределения заряда. Экзоны — кодирующие части генов — отличаются способностью поддерживать существование свободных электронов. А это означает: в принципе, по этим участкам ток может течь. С другой стороны, интроны, части генов, несущие иные функции, кроме кодирования белка, к такому неспособны. Они могут служить естественными «изоляторами» тока.
Это позволяет представить цепочку ДНК, как набор проводящих и непроводящих фрагментов. Нарушение даже в одном азотистом основании приводит к нарушению проводимости всего фрагмента, что, видимо, может быть замечено белками систем репарации и понято, как сигнал к действию.
Такая остроумная картина, предложенная Крохиным и его коллегами, позволяет ответить и на вопрос о том, почему некоторые мутации остаются «неотремонтированными», что, кстати, и есть один из путей появления изменчивости для последующего отбора в ходе эволюции. Получается, что некоторые мутации меньше сказываются на «электрическом профиле» ДНК, чем другие. Они как бы маскируются и делаются незаметными для репарирующих белков.
По сообщению physics arXiv blog
