В работе [1], выполненной в ОМРБ в лаборатории молекулярной генетики, было показано, что замена в клетках Escherichia coli (E.coli) гена recA на ген recA из Pseudomonas. aeruginosa (P.aeruginosa) приводит к гиперрекомбинационной активности (высокая частота рекомбина-ционных обменов на единицу длины ДНК) клеток E. coli при отсутствии конститутивного SOS-ответа.

В 2001 году в ОМРБ силами лабораторий биофизики макромолекул и молекулярной генетики на установке малоуглового рассеяния нейтронов YuMO в Дубне были начаты работы по сравнительному изучению спиральной структуры нуклеопротеидного филамента (пресинаптического комплекса) белков RecAEc из E. coli и RecAPa из P. aeruginosa. Полученные предварительные данные показывают, что если в буфере существует либо двойной комплекс RеcAЕс::Mg²⁺ или RecAPa::Mg²⁺, либо тройной в виде RecAЕс::Mg²⁺::онДНК или RecAPa::Mg²⁺::онДНК, то параметры спирального филамента (его диаметр и шаг) отличаются у этих двух белков. Если же в буфере создается тройной комплекс вида RecAЕс::Mg²⁺::ATPgS или RecAPa::Mg²⁺::ATPgS, либо полный преси-наптический RеcAЕс::Mg²⁺::ATPgS::онДНК или RecAPa::Mg²⁺::ATPgS::онДНК, то тогда и шаг спирали и ее диаметр для обоих белков одинаков.

На рис.2 в качестве примера приведены две кривые малоуглового рассеяния нейтронов на белке RecAEc из E. coli в условиях существования двойного комплекса RecAЕс::Mg²⁺ и пресинаптического RecAЕс::Mg²⁺::ATPgS::онДНК. Видно, что в первой кривой очень хорошо разрешен второй дифракционный максимум, положение которого связано с шагом спирали и что структура пресинаптического комплекса имеет больший шаг спирали.

Рис.2

Полученные предварительные результаты характеризуют структурный аспект взаимодействия белка RecA с нуклеотидными кофакторами и онДНК. Динамические данные о взаимодействия белка RecA с нуклеотидными кофакторами и онДНК просто отсутствуют. Для получения этих данных методами нейтронной физики необходимо наличие высокопоточного реактора типа реактора ПИК и спектр установок, включающий кроме установки малоуглового рассеяния нейтронов, такие как нейтронное спин-эхо и время- пролетная спектроскопия. Эти установки должны позволять работать с биологическими объектами. При этом возможности ОМРБ в получении белков RecA как из других организмов, так и методами генной инженерии, мутантных по тем или иным признакам, позволили бы связать структурные и динамические изменения с изменениями функции белка RecA и тем самым продвинуться в понимании механизмов гомологичной рекомбинации.

Ядра клеток эукариот, находясь в интерфазном состоянии, содержат ДНК в высокоорганизованном и плотно упакованном состоянии. Упаковка эта осуществляется белками, среди которых ключевую роль играют гистоны. В результате образуется комплексная структура, которая называется хроматин.

Основной элементарной единицей хроматина является фрагмент ДНК длиной 146 пар оснований, закрученных вокруг 8 молекул гистоновых белков - кора. Кор состоит из 4-х типов коровых гистонов H2A, H2B, H3, H4 по 2 молекулы каждого.

Такого рода повторяющиеся элементы хро-матина, называются нуклеосомами, имеют характерный размер порядка 10 нм и разделены участками ДНК различной длины - линкерами. С линкерными областями связан линкерный гистон Н1, который способствует дальнейшей компактизации хроматина. Нуклеосомы уложены спирально, в результате чего образуются часто наблюдаемые на электронномикроскопических фотографиях нити толщиной 30 нм. При диссоциации хроматина обнаруживается, что эти 30 нм нити образуют петли гистонов H2A, H2B, H3, H4 по 2 молекулы различной длины, прикрепленные к неким матриксным белковым структурам. Размер этих петель варьирует от 10 тыс. до нескольких сотен тысяч пар оснований и различается в клетках разных типов. Реальная укладка этих петель в ядрах клеток, как внутри отдельных петель, так и разных петель в отношении друг к другу остается неизвестной.

Между тем можно предположить, что на этом уровне организации, во-первых, неизбежно должна существовать некоторая степень упорядоченности взаиморасположения (дальний порядок) низших элементов организации хроматина, а, во-вторых, степень этой упорядоченности может варьировать в ядрах разных клеток в зависимости от их размеров и биологической активности.

Среди факторов, обуславливающих наличие дальнего порядка в ядрах нужно отметить, с одной стороны, наличие однотипных элементов хроматина, упомянутых выше, а с другой, - их крайне высокую концентрацию в ядрах. В зависимости от размера ядра концентрация ДНК в нем от 10 до 10000 раз превосходит предел растворимости высокомолекулярной ДНК.

В этой ситуации неизбежно становится существенной оптимальная укладка элементов генетического материала, особенно в ядрах малого размера.