Механизм наследования хромосом

Ферментное отделение играет решающую роль в этом процессе. Сюзанна Хельмут и Олаф Стемманн из кафедры генетики в Университете Байройта обнаружили ранее неизвестный механизм, который регулирует активность сепарации. Эти фундаментальные результаты добавляют новый аспект к нашему нынешнему пониманию наследования хромосом. Ученые представили свои исследования в журнале Nature.

Решающее значение для развития здоровых клеток: регуляция разделения

Деление клеток необходимо для роста и размножения человека. Прежде чем клетка начинает делиться, генетическая информация, хранящаяся в хромосомах, дублируется. Когда этот процесс завершен, каждая хромосома состоит из двух идентичных нитей ДНК, сестринских хроматид. Cohesin, кольцо, состоящее из нескольких белков, охватывает каждую хромосому и удерживает пару хроматид вместе. Уже во время подготовки к клеточному делению cohesin удаляется из плеч хромосом. Тем не менее, полное разделение сестринских хроматид может иметь место только тогда, когда cohesin, оставшийся в середине хромосом, разрезается ферментом отделением. Затем хроматиды мигрируют к двум противоположным концам аппарата веретена, где они формируют генетическую основу образующихся дочерних клеток.

Здоровое развитие дочерних клеток гарантируется только в том случае, если они не содержат генетических дефектов. Для того чтобы это условие было выполнено, отделение должно стать активным точно в нужное время. Если сестринские хроматиды разделены слишком рано, они могут быть распределены только случайным образом. Получающиеся дочерние клетки тогда содержат неправильное число хромосом и умирают, или они могут развиться в опухолевые клетки. Только строгое регулирование отделения предотвращает эти генетические неисправности.

«Дух-хранитель» подавляет преждевременное разделение сестринских хроматид

Исследователи из Байройта Сюзанна Хельмут и Олаф Стемманн в сотрудничестве с генетиками из Университета Саламанки (Испания) обнаружили, что белок шугошин (по-японски «дух хранителя») выполняет именно эту регулирующую функцию. Шугошин заставляет сепарацию оставаться неактивной, пока не наступит подходящее время для расщепления когезина. С этим открытием ученым удалось разгадать важную загадку генетики: до сих пор было известно, что только белок секурин подавляет преждевременную активность сепарации. Поэтому считалось, что разделение регулируется исключительно секурином. Тем не менее, эта точка зрения противоречила наблюдению, что разделение остается должным образом отрегулированным, даже когда секурин отсутствует. Исследование, опубликованное в журнале Nature, дает объяснение: как шугошин, так и секурин препятствуют разделению инициировать процесс сегрегации хромосом в неподходящее время. И если секурин терпит неудачу, даже один шугошин способен регулировать активность сепарации в клетках человека.

«Мы имеем дело с типом избыточности, который не является чем-то необычным в клеточном цикле: для того, чтобы жизненный процесс шел упорядоченным образом, природа защитила его, контролируя его одновременно двумя или более различными способами. Это делает процесс особенно устойчивым, но также трудным для изучения, потому что отдельные нарушения не имеют видимого эффекта», – сказала Сюзанна Хельмут, первый автор исследования.

Двойное управление через контрольную точку шпинделя

Действительно, Хельмут и Стемманн сделали еще одно открытие: это контрольная точка сборки шпинделя (SAC), которая контролирует регулирующее влияние шугошина, а также секурина. Этот вывод подтверждает устоявшееся в исследовании предположение, что SAC как бы обладает суверенитетом над всеми процессами, участвующими в наследовании хромосом. В течение некоторого времени было известно, что SAC сначала стабилизирует секурин и не позволяет ему разлагаться, пока не наступит время расщепления когезина путем разделения. В публикации «Природа» теперь показано, как контрольная точка заставляет шугошин подавлять преждевременную активность сепарации, а именно, связывая шугошин с компонентом SAC Mad2.

«Мне было особенно приятно услышать замечание о нашей публикации от одного рецензента о том, что теперь учебники придется переписывать», - говорит Олаф Стемманн. «Наши дальнейшие исследования покажут, как наши фундаментальные результаты также могут найти применение в лечении рака». Это последующее исследование исследовательского дуэта Байройта также скоро будет опубликовано в журнале Nature.