Ученые обобщили последние результаты моделирования ДНК
В последнем номере престижного международного журнала WIREs Computational Molecular Science, посвящённого междисциплинарным подходам в молекулярном моделировании, коллектив сотрудников биологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова во главе с профессором биологического факультета МГУ Алексеем Шайтаном опубликовал статью, обобщающую новейшие мировые научные достижения в этой области. Первым автором статьи выступила аспирантка кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Анастасия Федулова.
Работа была проведена при поддержке НОШ МГУ «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология».
Геном человека закодирован в виде молекул ДНК, находящихся в ядре каждой клетки нашего организма. Несмотря на то, что геном человека был прочитан (секвенирован) более 20 лет назад, механизмы работы генома остаются не вполне понятными.
Считывание информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов, регулируется множеством физических взаимодействий между молекулами ДНК, РНК и белков. Эти физические взаимодействия формируют сложный механизм эпигенетической регуляции работы генов и генома в целом, расшифровка которого требует усилий множества ученых и комбинации различных методов исследований.
В обзоре ученые проанализировали более 60 научных исследований в области суперкомпьютерного молекулярного моделирования элементарных единиц функционирования генома — нуклеосом, а также разработки технологий моделирования ДНК и ДНК-белковых взаимодействий, опубликованных за последние пять лет.
Темами, представляющими наибольший интерес в последние годы, стали проблема понимания физических принципов и молекулярных механизмов функционирования нуклеосом, влияние структуры ДНК и белков на динамику нуклеосом.
Основным трендом исследований последних лет явился переход к моделированию динамики на мультимикросекундном масштабе времен, что позволило изучать новые функциональные процессы в работе генома, такие как передвижение нуклеосом вдоль ДНК, изменение структуры нуклеосом при эпигенетической разметке генома и взаимодействии ДНК с различными белками.
В обзоре авторы также просуммировали лучшие методические рекомендации по моделированию ДНК-содержащих молекулярных систем. Интерактивные материалы, созданные для статьи, в удобном виде позволяют ознакомиться с разнообразием научных вопросов о динамике и взаимодействиях нуклеосом, на которые могут отвечать современные методы молекулярного моделирования.
«Элементарные структуры генома многих организмов, нуклеосомы, имеют размеры порядка 10 нанометров. Это тот масштаб, который ещё не видно в оптический микроскоп, но уже сложно изучать с помощью рассеяния рентгеновских лучей или электронов. Методы молекулярного моделирования — это своеобразный “вычислительный микроскоп”, который позволяет нам заглянуть в тайны работы генома и дополняет различные современные методы экспериментальной геномики и структурной биологии», — отмечает Алексей Шайтан.