Одни и те же механизмы, которые быстро разделяют смеси масел и воды участвуют и в контроле организации необычной части нашей ДНК, наз. гетерохроматином. Исследователи, изучающие геном и клеточную биологию предоставили доказательства что гетерохроматин организует крупные чаасти генома в специфические области ядра, используя разделение фаз liquid-liquid, механизм, хорошо известный в физике, но значение которого в биологии только начинает выясняться.

"Важность последоваательностей ДНК для здоровья и болезней известна давно, но только недавно стало ясно, что ораганизация участков ДНК в различающиеся физически домены или компартменты внутри ядра, критические для осчуществления разных функций генома," сказал, Gary Karpen.

Длинные участки ДНК в гетерозроматине содержат последоваательности, которые, по большей части, должны замалчиваться в клетках, чтобы работать правильно. Ученные полагают, что компакция ДНК является начальным механизмом, контролирующим, какие энзимы и молекулы будут получать доступ к последоваательностям. Предполагается, что многие значительные ранения нитей делают ДНК более жесткой, добираясь до генетического материала внутри.

В последние годы встал вопрос о механимзме после открытия, что некоторые крупные белковые комплексы перемещаются внутрь гетерохроматиновых доменов, причем более мелкие белки могут оставаться не включенными.

В данном исследовании ранних эмбрионов Drosophila исследователи наблюдали две не смешивающиеся жидкости в ядре клетки: одна содержала экспрессирующиеся гены, а др. содержала молчащий гетерохромтин. Было установлено, что гетерохроматиновые капли сливаются вместе подобно двум капелькам масла, окруженные водой.

Исследователи очистили heterochromatin protein 1a (HP1a), основной компонент гетерохроматина и установили, что этот дискретный компонент способен восоздавать то, что они наблюдали в ядре при формировании капельками жидкости.

"Мы были взволнованы этими находками, поскольку они объясняли загадку, которая существовала в этой области," говорит ведущий автор Amy Strom. "Это выглядит так, как будто компакция контролирует доступ к замалчиваемым последовательностям, хотя др. крупные белки всё ещё способны проникать внутрь? Организация хроматина c помощью фазового разделения означает, что белки целенапрравленно воздействуют на одну жидкость или другую независимо от размера, но в зависимости от др. физических свойств, таких заряд, гибкость и партнеры по взаимодействию."

В лаб. Berkeley были использованы клетки дрозофилы и мыши (UC San Francisco) и было показано, что человеческая версия белка HP1a обладает теми же самыми свойствами жидкостных капель, подтверждая, что сходные принципы действуют и в гетерохроматине человека.

Интересно, что такого типа разделение фаз liquid-liquid очень чувствительно к изменениям температуры, концентрации белка и уровней pH.

"Это очень элегантный способ для клеток, обеспечивающий способность манипулировать экспрессией генов из многих последовательностей совместно," говорит Strom.

Др. клеточные структуры, включая и те, что участвуют в болезнях, также организуются c помощью разделения фаз. "Проблемы с фазовым разделением связаны с некоторыми болезнями, такими как деменцимя и некоторые нейродегенеративные нарушения," отмечает Karpen. Так, при старении биологические молекулы теряют своё жидкостнрое (liquid) состояние и становится более твердыми, накапливая повреждения по пути. Karpen подчеркивает, что болезни, подобные Alzheimer's и Huntington's, при которых белки упаковываются неправильно и агрегируют, орказываются менее жидкими (liquid) иболее твердыми со временем.

"Если мы сможем лучше понять, что вызывает агрегацию и как удерживать молекуля более жидкими, то получим шанс бороться с такого типа болезнями," добавляет Strom.

Эта работа является большим шагом в направлении понимания функций ДНК, но также д. помочь исследователям улучшить их способность манипулировать генами.

"Генотерпия, или любое воздействие, которое базируется на тонкой регуляции экспрессии генов, могут быть улучшены c помощью точного целенаправленного воздействия на молекулы в правильном месте ядра," говорит Karpen. "Очень трудно целенаправленно воздействовать на гены, расположенные в гетерохроматине, но понимание свойств, связанных с фазовым разделением и повдением жидкостей может помочь изменить это и открыть третий геном, о котором прежде не слышали." Сюда входят и технологии целенаправленного редактирования генов, подобные CRISPR.