В International Journal of Molecular Science опубликована новая статья «Structural-Scaling Transitions and Criticality Cascade in DNA with Open States» канд. физ.-мат. наук Александра Сергеевича Никитюка, канд. физ.-мат. наук Юрия Витальевича Баяндина и докт. физ.-мат. наук, профессора Олега Борисовича Наймарка.
Nikitiuk A.S., Bayandin Y.V., Naimark O.B. Structural-scaling transitions and criticality cascade in DNA with open states. International Journal of Molecular Sciences. 2025. V. 26, no. 17. Article no. 8428.
|
9.0 Scopus |
1.27 SCImago |
4.9 Web of Science |
У1 Белый |
В статье авторами из Института механики сплошных сред УрО РАН исследуются механизмы самоорганизованной критичности ДНК с открытыми состояниями, играющие ключевую роль в регуляции экспрессии генов и определении судьбы клетки. Исследование фокусируется на фундаментальной проблеме биологии — понимании принципов переходов клеточных состояний в процессах развития и дифференцировки, где физика живых систем объясняет коллективную организацию тысяч генов независимо от конкретных генных продуктов. Цель исследования — разработать и исследовать механобиологическую модель на основе статистической физики и термодинамики неравновесных систем для описания коллективного поведения ансамблей открытых состояний ДНК, что позволит объяснить переходы между различными геномными состояниями и их влияние на клеточные процессы.
Работа вводит концепцию «каскада критичности» — последовательности фазовых переходов в ДНК, управляемых структурным параметром, который связывает локальные структурные изменения с глобальными трансформациями в геноме. Основные результаты, полученные на основе численного моделирования полноразмерной молекулы ДНК, демонстрируют три режима: бистабильный, метастабильный и критический, где коллективное взаимодействие открытых состояний определяет сценарии экспрессии генов. Выводы подтверждают экспериментальные данные о самоорганизованной критичности в эмбриональных, иммунных и раковых клетках, объясняя, как малые возмущения приводят к лавинным изменениям в клеточной судьбе, включая патологии вроде рака. Показано, что в раковых клетках нарушен каскад критичности: недостаточное количество открытых фрагментов ДНК препятствует нормальному переходу в новое клеточное состояние, что способствует их непрерывному делению.
На рисунке: схематические представления ДНК с открытым состоянием и каскада критичности ДНК с открытыми состояниями
Перспективы развития работы включают дальнейшее изучение молекулярных механизмов активации критичности, валидацию модели на других системах (например, индуцированных плюрипотентных стволовых клетках) и разработку терапевтических стратегий для восстановления нормального каскада критичности в раковых клетках. Это может способствовать созданию ДНК-основанных платформ для доставки лекарств и пониманию эпигенетических процессов.
Статья выдвинута редакцией на конкурс Best Researcher Award.
Подробнее в статье.