Центромеры — специализированные участки, расположенные в центре хромосом, — играют ключевую роль в обеспечении правильного деления клеток. Во время митоза центромеры служат местами сборки сложных белковых структур, называемых кинетохорами, которые соединяют хромосомы со шпиндельным аппаратом для корректного распределения генетического материала между дочерними клетками.
Несмотря на фундаментальную биологическую роль, точная молекулярная архитектура центромер оставалась неясной. Учёные пытались понять, чем эти участки структурно отличаются от остальной части хромосомы.
В большинстве участков хромосом ДНК намотана на белковые комплексы, называемые нуклеосомами, которые содержат по восемь гистоновых белков — по два каждого из H2A, H2B, H3 и H4. Однако в центромерах присутствует специализированный вариант гистона H3, известный как CENP-A, который маркирует эти участки для сборки кинетохоров.
Исследовательская группа под руководством доцента Кайо Нодзавы из Института науки Токио, Япония, недавно сделала важное открытие в области детального строения центромер. В исследовании, опубликованном в журнале «Genes to Cells» 24 марта 2025 года, учёные прояснили структуру новой нуклеосомоподобной частицы, которая потенциально локализована в центромерных участках.
Команда воссоздала этот комплекс, используя только CENP-A, гистоновые белки H4 и фрагменты ДНК; они намеренно исключили гистоны H2A и H2B, поскольку известно, что в центромерах дрожжей их содержание снижено.
Используя криоэлектронную микроскопию, которая позволяет визуализировать замороженные молекулярные структуры с высоким разрешением, команда проанализировала этот уникальный комплекс с разрешением 3,66 Å (менее миллиардной доли метра). Наблюдаемая структура, которую они назвали «октасомой CENP-A–H4», имеет характеристики, отличные от обычных нуклеосом.
«Октасома CENP-A–H4 имеет структуру, в которой вокруг неё намотано примерно 120 пар оснований ДНК, а не обычные 145 пар. Она также обладает четырьмя RG-петлями, происходящими от CENP-A, которые служат каркасом для белков, участвующих в формировании кинетохоров, потенциально способствуя новому механизму митоза», — объясняет Нодзава.
Благодаря тому, что в состав октасомы входят только CENP-A и H4, она имеет четыре выступающих RG-петли — вдвое больше, чем в обычных нуклеосомах CENP-A, содержащих H2A и H2B. Это, вероятно, способствует связыванию с белками, формирующими кинетохоры.
Кроме того, в октасоме CENP-A–H4 отсутствует отрицательно заряженная поверхность, известная как кислотный участок, который обычно служит платформой для связывания гистоновых метилтрансфераз и хроматин-ремоделирующих белков, регулирующих структуру хроматина более высокого порядка. Эти данные свидетельствуют о том, что между октасомами CENP-A–H4 и каноническими нуклеосомами могут существовать значительные различия в эпигенетической регуляции.
Открытие этой уникальной центромерной структуры даёт ценную информацию о том, как хромосомы разделяются во время клеточного деления. Ошибки в этом процессе могут привести к хромосомным аномалиям, связанным с различными заболеваниями. Сообщается, что гиперэкспрессия или истощение CENP-A вызывают дефекты в сегрегации хромосом во время клеточного деления, а повышенные уровни экспрессии CENP-A наблюдаются при различных видах рака.
«Наши результаты могут предоставить новую информацию для понимания заболеваний, вызванных аномальным клеточным делением, включая рак», — говорит Нодзава.
Предоставлено Институтом науки Токио.