ДНК, жизненно важная для жизни клетки, упакована в хромосомы, и существует множество контрольных точек, механизмов восстановления и других клеточных гарантий для поддержания целостности хромосом во время роста и деления клетки. Однако эти меры безопасности могут не сработать, и клетка может обнаружить, что пытается разделить на две дочерние клетки со свободным хромосомным фрагментом, отходящим от сломанной хромосомы.
Уильям Салливан называет это «наихудшим сценарием» для клетки. Потенциальные последствия включают гибель клеток или бесконтрольный рост раковых клеток. Но Салливан, профессор молекулярной, клеточной и биологии развития в Калифорнийском университете в Санта-Круз, обнаружил, что у клетки все еще есть еще один трюк в рукаве, чтобы спасти сломанную хромосому.
Последние результаты лаборатории Салливана, опубликованные в выпуске Journal of Cell Biology от 5 июня, раскрывают новые аспекты замечательного механизма, который переносит сломанные хромосомы через процесс клеточного деления, чтобы их можно было восстановить и нормально функционировать. в дочерних клетках. Салливан изучал этот процесс у плодовой мушки Drosophila melanogaster. Его лаборатория создала штамм мух, у которых сломанные хромосомы являются обычным явлением из-за экспрессии фермента, разрезающего ДНК.
«У нас есть мухи, у которых 80 процентов клеток имеют двухцепочечные разрывы в ДНК, и с мухами все в порядке», - сказал он. «У клетки есть удивительный механизм, как пасс «Радуйся, Мария» с истекающим временем».
Механизм включает в себя создание нити ДНК, которая действует как спасательный круг, удерживая сломанный фрагмент соединенным с хромосомой. Новые мощные методы микроскопии позволяют исследователям наблюдать весь процесс в живых клетках с помощью ярких флуоресцентных меток, выделяющих хромосомы и другие клеточные компоненты.
Когда клетка делится, она удваивает свои хромосомы, чтобы создать по одному набору для каждой из дочерних клеток. Мембрана вокруг ядра, которая отделяет хромосомы от остальной части клетки, разрушается. Затем два набора хромосом выстраиваются в линию и расходятся к противоположным сторонам клетки, разделяясь структурой микротрубочек, называемой веретеном. Вокруг каждого набора хромосом формируется новая ядерная оболочка, а новые клеточные мембраны разделяют две дочерние клетки.
Исследование Салливана показало, что фрагменты хромосом не отделяются от остальных хромосом, а втягиваются позже, непосредственно перед закрытием вновь формирующейся ядерной мембраны.«Связь ДНК, по-видимому, удерживает ядерную оболочку от закрытия, а затем фрагмент хромосомы просто скользит внутрь в последний момент», - сказал Салливан..
Если этот механизм дает сбой, и фрагмент хромосомы остается вне ядра, последствия ужасны. Фрагмент образует «микроядро» с собственной мембраной и становится склонным к обширным перестройкам своего генетического материала, который затем может быть повторно включен в хромосомы во время следующего клеточного деления. Микроядра и генетические перестройки обычно наблюдаются в раковых клетках.
«Мы хотим понять механизм, который предотвращает это», - сказал Салливан. «В настоящее время мы идентифицируем гены, ответственные за создание привязи ДНК, которые могут стать многообещающими новыми мишенями для следующего поколения методов лечения рака».