ДНК в наших клетках слишком длинна, чтобы поместиться в ядре, поэтому её необходимо постоянно упаковывать и расправлять. Когда приходит время деления клетки и генетическую информацию нужно передать следующему поколению, ДНК должна быть упакована особенно плотно, иначе это может привести к серьёзным последствиям для жизнеспособности клетки.
Исследователи из Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде (MPI), Нидерландского института рака и Human Technopole в Милане в рамках трансевропейского сотрудничества обнаружили молекулярный переключатель, который регулирует упаковку ДНК в типичные sausage-shaped (в форме сосисок) хромосомы, наблюдаемые во время деления клетки.
Открытие этого центрального механизма деления клеток имеет множество потенциальных применений в медицине и биотехнологии.
Результаты опубликованы в журнале Molecular Cell.
Постоянная упаковка и распаковка ДНК
Наша ДНК постоянно упаковывается и распаковывается. Этому есть веская причина: в зависимости от состояния упаковки она выполняет разные функции в ядре клетки. Большую часть жизни — это время между двумя делениями клеток — наши хромосомы выглядят как беспорядочная, спутанная куча спагетти, что делает их доступными для чтения. Когда клетке нужно сделать копию себя, запускается процесс, называемый делением клетки, и хромосомы должны быть аккуратно разделены, выровнены, а затем распределены между дочерними клетками.
Однако это было бы невозможно, если бы ДНК была в форме спагетти. Вот почему нити ДНК максимально закручены в процессе подготовки к делению клетки: множество петель и спиралей образуют компактные, аккуратно распутанные, в форме сосисок хромосомы с их характерной X-образной формой, примерно в 10 000 раз короче исходных нитей ДНК.
«Возможность считывания наших генов и их распределение без ошибок зависит от того, уплотняется ли ДНК в нужный момент», — говорит Дуччо Конти, постдокторант в отделе Андреа Мускаччио в MPI и соавтор исследования.
Упаковка ДНК слишком плотно в неподходящее время может привести к серьёзным последствиям для клетки и организма — например, неконтролируемая упаковка ДНК связана с первичной микроцефалией. Однако до сих пор оставалось неизвестным, как запускается и контролируется уплотнение ДНК в начале клеточного цикла.
«Только благодаря интенсивной совместной работе наших трёх групп мы смогли обнаружить, как уплотнение ДНК во время клеточного цикла регулируется уникальным молекулярным переключателем», — говорит Алессандро Борселлини, постдокторант в группе Алессандро Ваннини в Human Technopole и также соавтор исследования.
Исследователи определили белки, которые регулируют конденсацию II — известно, что она запускает упаковку хромосом во время деления клетки. Два белка конкурируют между собой за связывание с конденсацией II: когда MCPH1 (или микроцефалин) связывается, конденсация II не может подойти к ДНК. Когда M18BP1 связывается, конденсация II может связаться с ДНК и образовать петли.
В период между делениями клеток микроцефалин связывается с конденсацией II и держит её неактивной, из-за чего ДНК выглядит как спагетти, а не как сосиски. Когда клетка начинает делиться, активируется ключевой фермент CDK1 и фосфорилирует микроцефалин и M18BP1, вызывая смену партнёров по связыванию. Таким образом, конденсация II активируется и может упаковать спагетти в хромосомы в форме сосисок.
«Впервые мы понимаем один из механизмов, контролирующих упаковку ДНК в начале деления клетки. Это не только проясняет фундаментальный процесс жизни, но и может способствовать лучшему пониманию ошибок в процессе упаковки в будущем и, в идеале, их предотвращению», — подытоживает Бекки Харрис, постдокторант в лаборатории Бенджамина Роуленда в Нидерландском институте рака и соавтор исследования.
Предоставлено:
Max Planck Society