Новые клетки образуются во время клеточного деления путем точно регулируемого разделения клеточного содержимого на две дочерние клетки. Таким образом, клеточное деление является фундаментальным биологическим процессом, при котором реплицированные хромосомы материнской клетки равномерно распределяются между двумя дочерними клетками. Это достигается за счет прикрепления парных хромосом к биполярной сети волокон, известной как аппарат веретена (или митотического веретена). Затем укорачивание волокон притягивает два набора хромосом к противоположным полюсам сети, а сократительное кольцо в центре расщепляет клетку надвое. Митотическое веретено организовано органеллами, известными как центросомы, которые действуют как полюса веретена. Дефекты клеточного деления, которые приводят к неправильному расхождению хромосом, могут иметь серьезные последствия и связаны с такими заболеваниями, как рак. Исследовательская группа во главе с доктором Тамарой Микеладзе-Двали в Биоцентре LMU изучает, как деление клеток регулируется на центросомном уровне. Вместе со своей командой она идентифицировала белок, который играет важную роль в сборке биполярного веретена в клетках животных. Новые данные опубликованы в журнале Current Biology.
Центросома состоит из пары цилиндрических центриолей, которые встроены в аморфный белковый матрикс, называемый перицентриолярным материалом (PCM). В материнской клетке центросома обычно находится вблизи клеточного ядра и реплицируется до начала клеточного деления. Затем каждая центросома действует как место зародышеобразования для сборки волокон веретена, которое постепенно раздвигает две центросомы друг от друга и тем самым формирует биполярное веретено. Реплицированные хромосомы прикрепляются к волокнам веретена, исходящим из центросом, и тянутся к полюсу, связанному с волокнами. Для того чтобы выдерживать огромные тянущие и толкающие силы, возникающие во время клеточного деления, сами центросомы должны быть очень прочными. Эта надежность обеспечивается матричными белками PCM.
Используя нематоды Caenorhabditis elegans в качестве модельной системы, Тамара Микеладзе-Двали и ее коллеги провели скрининг случайной коллекции генетических мутантов на наличие мутаций, нарушающих формирование митотического веретена. «Анализ таких мутантов может сказать нам, какие факторы играют важную роль в делении клеток», - говорит Микеладзе-Двали. «В этом случае мы столкнулись с ранее не охарактеризованным белком, который мы назвали «PCM-дефицитный-1» или сокращенно PCMD-1». В последующих экспериментах исследователи LMU прикрепили к белку флуоресцентную метку, которая позволила им отслеживать его положение в клетке, и специально удалили ген pcmd-1 с помощью системы CRISPR/Cas9. Этот подход позволил им определить, что белок необходим для правильной сборки центросомы. В частности, он необходим для формирования матрикса ПКМ, который в основном состоит из белка SPD-5 и отвечает за целостность и устойчивость центросом. «Потеря PCMD-1 резко влияет на когерентность центросомы и сборку биполярного веретена, что эффективно предотвращает нормальное деление клеток», - говорит Микеладзе-Двали.
Эти результаты показывают, что PCMD-1 играет незаменимую роль в контроле клеточного деления, и, по мнению авторов, его характеристика имеет важное значение для нашего понимания того, как регулируется сборка центросом. Подавляющее большинство белков, идентифицированных у C. elegans, включая белок PCM SPD-5, также обнаруживаются в высших организмах, где они выполняют сходные функции. Было показано, что мутации в человеческой версии SPD-5 ответственны за генетическое заболевание, называемое первичной микроцефалией.«Но для того, чтобы понять, как возникает этот дефект развития, крайне важно узнать больше о том, как функция белка регулируется на клеточном уровне», - говорит Микеладзе-Двали.