Растительный ген DDM1 (снижение метилирования ДНК 1) был обнаружен у растений арабидопсиса давным-давно. Он кодирует фермент, который может реконструировать хроматин, а также необходим для метилирования ДНК и гистонов. ДНК должна быть уплотнена, чтобы поместиться в клетку, а хроматин относится к упакованной ДНК. Когда ДНК свернута в спираль, не все части генома доступны, и клетка должна иметь возможность быстро реконструировать геном, если это необходимо, чтобы определенные гены могли экспрессироваться или деактивироваться.
Транспозоны часто приходится деактивировать, например, потому, что эти гены могут перемещаться или «прыгать» по геному, когда они активны, и они могут вызывать серьезные нарушения в работе других генов. Эпигенетические маркеры, такие как метильные метки, могут помочь отключить транспозоны и сделать их безвредными. Но клетка должна быть способна размещать метильные метки на ДНК в нужных местах, чтобы оказывать нужное регулирующее воздействие.
DDM1 помогает растительным клеткам создавать пространство в упакованном геноме для метилирования. Когда ДНК упакована и уплотнена, ферменты, которые выполняют работу по метилированию, могут быть заблокированы. Прежде чем произойдет метилирование, «вы должны удалить или сдвинуть гистоны с пути», — объяснил Роб Мартиенсен, профессор лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. DDM1 помогает перемещать ДНК вдоль гистонов, обнажая участки, нуждающиеся в метилировании. Гистоны все еще способны перемещаться, обнажая части генома, но они никогда не отваливаются, как йо-йо на веревочке, объяснил Мартиенссен.
Гистоны, которые сдвигаются DDM1, также были идентифицированы в этом исследовании, о котором сообщалось в Cell. Для визуализации взаимодействия между ДНК, упаковывающими белками и ферментом использовалась электронная микроскопия. DDM1 может захватывать определенные гистоны, ремоделируя уплотненную ДНК.
Вся эта активность также сохраняется в разных поколениях растений. Исследователи показали, что DDM1 сохраняет предпочтение при взаимодействии со специфическими гистонами на протяжении нескольких поколений. Один гистон, который содержится только в пыльце, не реагирует на DDM1 и вместо этого становится заполнителем во время клеточного деления.
«Он запоминает, где находился гистон во время развития растения, и сохраняет эту память в следующем поколении», — отметил Мартиенсен.
Эти результаты могут быть применимы и к другим организмам. Люди являются носителями белков, похожих на DDM1, и которые помогают поддерживать метилирование в геноме. Потребуются дополнительные исследования, чтобы определить, имеют ли эти результаты параллели у млекопитающих, но они могут помочь объяснить, как эти белки помогают геному человека. Работа также может иметь значение для сельского хозяйства или пищевой промышленности.