Пространственная модель организации хроматина в ядре биологической клетки по данным малоуглового рассеяния

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты малоуглового рассеяния нейтронов и рентгеновского излучения на ядрах HeLa с нормальной и подавленной транскрипционной активностью. Данные малоуглового рассеяния нейтронов демонстрируют наличие бифрактальной структуры внутри ядра. На масштабах от размера ядра до нескольких сотен нанометров наблюдается структура логарифмического фрактала, а на меньших масштабах, вплоть до нуклеосомной организации - структура объемного фрактала. Данные малоуглового рассеяния рентгеновского излучения показывают, что наличие структуры объемного фрактала коррелирует с транскрипционной активностью клетки. Принимая во внимание успех описания хроматина моделью складчатой глобулы (результаты данных метода Hi-C), мы предлагаем сценарий формирования бифрактальной структуры внутри ядра. Внутри плотнозапакованного закрытого хроматина находится система транспортных каналов (логарифмический фрактал), а активный хроматин локализуется вблизи или внутри транспортных каналов и, в результате транскрипционной активности, образует объемнофрактальные структуры. Таким образом, структура логарифмического фрактала обеспечивает равномерное рассредоточение пустот на разных масштабах, потенциально необходимое для осуществления транскрипции и транспорта веществ внутри ядра, в то время как структура объемного фрактала является следствием транскрипционной активности клетки.

Об авторах

Е. Г. Яшина

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”;Санкт-Петербургский государственный университет

Email: yashina_91@inbox.ru
188300, Гатчина, Ленинградская область, Россия; 198504, Санкт-Петербург, Россия

Е. Ю. Варфоломеева

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: yashina_91@inbox.ru
188300, Гатчина, Ленинградская область, Россия

Р. А. Пантина

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: yashina_91@inbox.ru
188300, Гатчина, Ленинградская область, Россия

В. Ю. Байрамуков

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: yashina_91@inbox.ru
188300, Гатчина, Ленинградская область, Россия

Р. А. Ковалев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: yashina_91@inbox.ru
188300, Гатчина, Ленинградская область, Россия

Н. Д. Федорова

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: yashina_91@inbox.ru
188300, Гатчина, Ленинградская область, Россия

К. А. Пшеничный

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: yashina_91@inbox.ru
188300, Гатчина, Ленинградская область, Россия

Ю. Е. Горшкова

Объединенный институт ядерных исследований

Email: yashina_91@inbox.ru
141980, г. Дубна, Московская область, Россия

С. В. Григорьев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”; Санкт-Петербургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: yashina_91@inbox.ru
188300, Гатчина, Ленинградская область, Россия; 198504, Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Ya. Joti, T. Hikima, Y. Nishino, F. Kamada, S. Hihara, H. Takata, T. Ishikawa, and K. Maeshima, Nucleus 3, 404 (2012).
  2. Y. Takizawa and H. Kurumizaka, Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Gene Regulatory Mechanisms 1865, 194851 (2022).
  3. K. Maeshima, S. Ide, and M. Babokhov, Curr. Opin. Cell Biol. 58, 95 (2019).
  4. J.D. Halverson, J. Smrek, K. Kremer, and A.Y. Grosberg, Rep. Prog. Phys. 77(2), 022601 (2014).
  5. L.M. Almassalha, A. Tiwari, P.T. Ruhoff, Y. Stypula-Cyrus, L. Cherkezyan, H. Matsuda, M.A. Dela Cruz, J.E. Chandler, C. White, C. Maneval, H. Subramanian, I. Szleifer, H.K. Roy, and V. Backman, Sci. Rep. 7, 41061 (2017).
  6. E. Lieberman-Aiden, N. L. Van Berkum, L. Williams et al. (Collaboration), Science 326(5950), 289 (2009).
  7. L.A. Mirny, Chromosome research 19, 37 (2011).
  8. A.Y. Grosberg, S.K. Nechaev, and E. I. Shakhnovich, Journal de physique 49(12), 2095 (1988).
  9. A. Grosberg, Y. Rabin, S. Havlin, and A. Neer, Europhysics Letters 23(5), 373 (1993).
  10. J.D. Halverson, W.B. Lee, G. S. Grest, A.Y. Grosberg, and K. Kremer, J. Chem. Phys. 134(20), 204904 (2011).
  11. M.V. Imakaev, K.M. Tchourine, S.K. Nechaev, and L.A. Mirny, Soft matter 11(4), 665 (2015).
  12. Е. Г. Яшина, С. В. Григорьев, Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 9, 5 (2017).
  13. Е. Г. Яшина, С. В. Григорьев, ЖЭТФ 156(3), 540 (2019).
  14. D.V. Lebedev, M.V. Filatov, A. I. Kuklin, A.K. Islamov, E. Kentzinger, R. Pantina, B. P. Toperverg, and V.V. Isaev-Ivanov, FEBS Lett. 579(6), 1465 (2005).
  15. E.G. Iashina, E.V. Velichko, M.V. Filatov, W.G. Bouwman, C. P. Duif, A. Brulet, and S.V. Grigoriev, Phys. Rev. E 96(1), 012411 (2017).
  16. S.V. Grigoriev, E.G. Iashina, V.Yu. Bairamukov, V. Pipich, A. Radulescu, M.V. Filatov, R.A. Pantina, and E.Yu. Varfolomeeva, Phys. Rev. E 102, 032415 (2020).
  17. E.G. Iashina, M.V. Filatov, R.A. Pantina, E.Yu. Varfolomeeva, W.G. Bouwman, Ch.P. Duif, D. Honecker, V. Pipich, and S.V. Grigoriev, J. Appl. Cryst. 52, 844 (2019).
  18. S.V. Grigoriev, E.G. Iashina, B. Wu, V. Pipich, Ch. Lang, A. Radulescu, V.Yu. Bairamukov, M.V. Filatov, R.A. Pantina, and E.Yu. Varfolomeeva, Phys. Rev. E 104, 044404 (2021).
  19. E.G. Iashina, E.Yu. Varfolomeeva, R.A. Pantina, V.Yu. Bairamukov, R.A. Kovalev, N.D. Fedorova, V. Pipich, A. Radulescu, and S.V. Grigoriev, Phys. Rev. E 104, 064409 (2021).
  20. B. Mandelbrot, The Fractal Geometry of Nature, Freeman, N.Y. (1983).
  21. J. Feder, Fractals, Plenum, N.Y. (1998).
  22. A.V. Ilatovskiy, D.V. Lebedev, M.V. Filatov, M.G. Petukhov, and V.V. Isaev-Ivanov, J. Phys.: Conf. Ser. 351(1), 012007 (2012).
  23. S.V. Razin and I. I. Gromova, BioEssays 17(5), 443 (1995).
  24. T. Cremer, M. Cremer, B. Hubner, A. Silahtaroglu, M. Hendzel, C. Lanctˆot, and H. Strickfaden, BioEssays 42(2), 1900132 (2020).
  25. Y. Xing, C.V. Johnson, P.R. Dobner, and J. B. Lawrence, Science 259(5099), 1326 (1993).
  26. M. Mazzocca, T. Fillot, A. Loffreda, D. Gnani, and D. Mazza, Biochem. Soc. Trans. 49(3), 1121 (2021).
  27. M. Mazzocca, E. Colombo, A. Callegari, and D. Mazza, Current Opinion in Structural Biology 71, 239 (2021).
  28. P. Chatterjee, N. Goldenfeld, and S. Kim, Phys. Rev. Lett. 127(2)1, 218101 (2021).
  29. V.Yu. Bairamukov, M.V. Filatov, R.A. Kovalev, N.D. Fedorova, R.A. Pantina, A.V. Ankudinov, E.G. Iashina, S.V. Grigoriev, and E.Yu. Varfolomeeva, Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj. 1866(12), 130234 (2022).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023