ДНК-кометы⁠⁠

Перед вами — необычные «кометы»: каждая комета — это ДНК отдельной клетки, и чем больше повреждений в этой ДНК, тем больше у кометы хвост. Метод ДНК-комет позволяет оценить количество разрывов в молекулах ДНК и эффективность их починки. Снимки сделаны в лаборатории по изучению костей и кожи (Bone and skin laboratory) Сиднейского университета. Ученым надо было оценить количество повреждений клеток эпидермиса кожи после облучения ультрафиолетом, а также то, насколько витамин D3 способен «штопать» такие повреждения. Справа — клетки, облученные ультрафиолетом, слева — контрольные. С помощью компьютерной обработки цветами от красного до фиолетового на снимке разметили количество ДНК в той или иной точке. Видно, что форма и размер комет на двух снимках отличаются, что свидетельствует об интенсивном повреждении ДНК при облучении.

Наш организм старается свести к минимуму ситуации, при которых происходят разрывы и другие повреждения ДНК, а в случае их появления старается их поскорее исправить (этот процесс называется репарацией). Разрывы могут играть важную роль в жизни клетки, в частности использоваться для кроссинговера, но из-за сложностей с починкой в местах таких повреждений чаще возникают мутации. Разрывы могут происходить также под воздействием внешних мутагенных факторов, например при облучении ультрафиолетом.

Чтобы оценить масштаб вреда, нанесенного каким-нибудь мутагеном, используется метод ДНК-комет. Этот простой и проверенный временем метод позволяет сравнить количество повреждений в разных клетках. ДНК в клетке сверхспирализована и спутана в клубок, так что если попробовать разделить ее по размеру молекул с помощью электрофореза, то она так и будет передвигаться одним «комом» (метод электрофореза основан на разной скорости движения фрагментов разной длины при движении в геле под действием внешнего электрического поля).

Принцип работы электрофореза основан на том, что фрагменты отрицательно заряженной ДНК разного размера двигаются в геле под действием внешнего электрического поля от катода к аноду с разной скоростью

Но если в молекуле ДНК есть разрыв, она раскручивается и вытягивается, так что ей становится проще передвигаться в геле. Такие обрывки и отдельные нити ДНК пытаются бежать в электрическом поле впереди основного комка и вытягиваются по направлению к аноду. То есть комета летит как бы задом наперед: впереди скачет хвост из подвижных кусков, а позади тащится громоздкое ядро из сверхспирализованной ДНК. Соответственно, чем больше разрывов, тем мощнее у кометы хвост.

В классическом варианте метода ДНК-комет клетки с ДНК помещают в гель на предметном стекле флуоресцентного микроскопа, обрабатывают специальным буфером, чтобы разрушить клеточные оболочки и освободить ДНК, проводят электрофорез, окрашивают ДНК флуоресцентными красителями и потом замеряют форму комет под микроскопом вручную или при помощи специальных программ. Сейчас для этой технологии придумали множество вариантов, адаптированных для разных клеток и разных типов повреждений ДНК. Например, чтобы обнаружить что-то помимо двунитевых разрывов, клетки обрабатывают подходящими ферментами и помещают в условия, которые «доламывают» ДНК в поврежденных местах и делают эти участки видимыми для метода ДНК-комет.

Изображение © Clare Gordon-Thompson с сайта sydney.edu.au.

Вера Мухина

https://elementy.ru/kartinka_dnya/862/DNK_komety