Поскольку клетки делятся, они должны точно разделить свою ДНК между двумя дочерними клетками, иначе они рискуют иметь нечетное число хромосом, что может привести к нарушениям развития и раку. Новое исследование Центра Доннелли раскрывает, как ключевой молекулярный механизм управляет этим процессом, и объясняет, почему у некоторых детей развиваются агрессивные опухоли почек.
Результаты исследования, проведенного Тиной Синг, аспиранткой лаборатории профессора Гранта Брауна в Доннелли-центре и на кафедре биохимии, опубликованы в июньском xx выпуске The Journal of Cell Biology.
Браун сравнивает геном с инструкцией, состоящей из определенного количества глав или хромосом. «Важно, чтобы количество глав оставалось постоянным, - говорит он. «Было бы плохо, если бы у вас не было инструкций для определенных процессов, но, что удивительно, также плохо, если бы у вас было слишком много инструкций».
Наличие дополнительной копии 21-й хромосомы приводит к синдрому Дауна, в то время как отсутствие одной Х-хромосомы делает самку бесплодной, как это наблюдается при синдроме Тернера. В раковых клетках дупликация всего генома с последующей случайной потерей хромосом позволяет опухолевым клеткам накапливать гены, которые помогают им перерасти здоровые клетки.
«Когда клетка принимает решение о делении, она должна убедиться, что ее ДНК одинаково разделена между обеими дочерними клетками», - говорит Синг, который в настоящее время является научным сотрудником Калифорнийского университета в Беркли. «Клетки должны сначала реплицировать свою ДНК, а затем разделить эти две копии ДНК, чтобы каждая дочерняя клетка получила одну полную копию всего генома."
Синг раскрыл новую роль известного белкового механизма, называемого RSC, что означает «реконструирует структуру хроматина» и произносится как «риск», помогая разделить дублированные хромосомы поровну между дочерними клетками. RSC делает это, помогая формированию центросомы, структуры, которая прорастает крошечными нитями, которые захватывают каждый набор хромосом и разделяют их. «Мы обнаружили, что если клеткам не хватает функции RSC, это вызывает аномальную сегрегацию ДНК и спонтанное удвоение числа хромосом в клетках», - говорит Синг.
В своих экспериментах Синг и Браун использовали почкующиеся дрожжи - те же одноклеточные микробы, которые помогают подниматься хлебу и бродить пиву - которые показали сверхъестественное сходство с раковыми клетками, когда RSC больше не работает. Помимо большего количества хромосом, дрожжевые клетки, лишенные функции RSC, также имеют больше центросом. В то время как вересковые клетки обычно имеют две центросомы во время клеточного деления, мутанты RSC часто имеют гораздо больше, что затрудняет правильное разделение их хромосом.
Ранее RSC был известен своей ролью в включении и выключении генов. Открытие Синга о том, что RSC также важен для сегрегации ДНК, было неожиданным и связано с предыдущими результатами других лабораторий, чтобы потенциально помочь объяснить, как развивается форма детского рака..
Мутации в человеческой версии RSC также приводят к спонтанному увеличению числа хромосом и были обнаружены в рабдоидных опухолях, очень агрессивной форме рака почки. Кроме того, если мышиные клетки теряют функцию RSC, они могут стать раковыми. Однако о RSC не было известно ничего, что могло бы свидетельствовать о его участии в сегрегации хромосом. Теперь, благодаря информации о дрожжевых клетках, возможно, что RSC играет аналогичную роль у людей.
«Всегда удивительно думать о том, как фундаментальные процессы в дрожжах также происходят в организме человека», - говорит Синг. «Мы думаем, что наше исследование дает некоторое представление об этом наблюдении в раковых клетках, и мы думаем, что, возможно, этот комплекс также помогает с сегрегацией хромосом в клетках человека."
Находка Синга была счастливой. Когда она начала работать над RSC, ее целью было глубже изучить некоторые из его более традиционных ролей. Только после того, как она неоднократно замечала, что в клетках, лишенных функции RSC, число хромосом вдвое превышает нормальное, она поняла, что наткнулась на что-то неожиданное. «Увеличение числа хромосом оказалось более интересным, чем то, что мы искали», - говорит она. «Я думаю, что это исследование является хорошим примером того, как иногда, когда вы приступили к изучению конкретной биологической проблемы, вы можете быть удивлены данными, которые вы найдете, а иногда простое следование своему любопытству по другому пути может привести к пониманию другого аспекта биологии.."