Ископаемые хромосомы

У сибирских мамонтов нашли ДНК с сохранившейся пространственной структурой.

Большая группа исследователей из Копенгагенского университета, Университета Райса, Института молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения РАН и других научных центров пишут в Cell, что им удалось изучить хромосомы шерстистого мамонта, пролежавшего 52 тыс. лет в сибирской вечной мерзлоте. Речь идёт не просто о ДНК, а именно о хромосомах, которые застыли в прижизненной пространственной конфигурации.

Как мы знаем, древнюю ДНК – то есть ДНК из доисторических костей людей и животных, и не только из костей, но даже из почвы – давно научились читать. Чтение такой ДНК подарило немало открытий, в том числе и тех, которые касаются мамонтов. В живой клетке некоторые гены активны, некоторые, наоборот, пребывают в архиве. Включение и выключение генов подразумевает, во-первых, перетасовку белков на соответствующих участках ДНК: одни белки открывают их другим белкам для чтения генетической информации. Во-вторых, в самой ДНК есть множество разных регуляторных последовательностей, которые определяют активность генов. Регуляторные последовательности находятся порой довольно далеко от тех, кого они регулируют, и чтобы проявить себя, они должны к ним приблизиться. Внутри ядра происходит блуждание ДНК-нитей, их выпетливание и распрямление, большие и маленькие блоки хромосомной ДНК перетаскиваются белками из одной зоны ядра в другую. И поэтому, чтобы понимать молекулярно-генетические подробности клеточной жизни, нужно знать не только геномный текст, но и трёхмерную карту хромосом внутри ядра – на этой карте будет видно, какие участки каких хромосом сближены совсем вплотную, какие не совсем, какие, наоборот, находятся далеко друг от друга и т. д.

Тут есть соответствующие исследовательские методы, об одном из которых, так называемом методе Hi-C, мы несколько раз упоминали. Но чтобы изучать пространственную организацию хромосом в клетке, эти хромосомы должны быть целыми. ДНК же, при всей своей прочности, со временем рвётся, распадается на кусочки, которые в среднем в миллион раз меньше целой, неповреждённой хромосомной ДНК (хромосомы бывают очень разные, но речь сейчас о средних величинах). Когда говорят о чтении древней ДНК, то имеют в виду чтение таких вот кусочков: получается масса коротких прочитанных последовательностей, которые потом с помощью мощных вычислительных алгоритмов объединяют в геном. Для трёхмерного картирования хромосом те фрагменты, на которые распадается древняя ДНК, просто бесполезны.

Нога мамонта, извлечённого из сибирской вечной мерзлоты. (Фото: Love Dalén / Stockholm University)

Однако в коже одного из мамонтов получилось найти хромосомы, у которых было видно, какие участки заархивированы белками, какие открыты для чтения, и как разные зоны хромосом расположены друг относительно друга. На самом деле, эти хромосомы тоже успели распасться на кусочки, но их кусочки не разбрелись в разные стороны, фрагменты ДНК остались на тех же местах, где они были в составе целой хромосомной ДНК. Деление генома на активные и неактивные зоны напоминало такое же деление у азиатского слона (число хромосом у шерстистого мамонта и нынешних слонов одинаковое – 28 пар). Нашлись и отличия: в частности, у мамонта явно более активно работал ген, от которого зависит появление меха (чего следовало ожидать). Аналогичные эксперименты провели с образцами от другого мамонта, жившего около 39 тыс. лет назад и сохранившегося похожим образом – в них тоже были целые хромосомы.

Сохранность хромосом исследователи объясняют тем, что вокруг мамонтовой туши было не только очень холодно, но и очень сухо. Дегидратация с охлаждением ввели содержимое клеточных ядер в стекловидное состояние – в таком виде хромосомы не просто сохранили пространственную конфигурацию, они оказались недоступны для микробов, которые могли бы разрушить их своими ферментами. Схожие условия попробовали воспроизвести в лаборатории с бычьей печенью, и всё получилось, как с мамонтом – в том смысле, что хромосомы в клетках печени застыли в том виде, в каком они были при жизни. Может быть, эти два мамонта – не единственные, кому повезло с условиями хранения, и в перспективе нас ждут ископаемые хромосомы других древних существ.