Деление клеток является одним из самых фундаментальных процессов биологии. Это то, что позволяет всем живым существам расти, размножаться и образовывать сложные структуры. Но ученые до сих пор не понимают многих деталей этого процесса.
Перед тем, как клетка делится, она делает две копии каждой из своих хромосом. Эти копии, называемые сестринскими хроматидами, выравниваются и расходятся по противоположным концам ядра, так что полный набор будет сопровождать две сформировавшиеся дочерние клетки. В новом исследовании, опубликованном в Proceedings for the National Academy of Sciences (PNAS), исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) ставят под сомнение ключевой аспект того, как этот процесс должен работать.
Исследование сосредоточено на белковом комплексе под названием когезин, которому поручено удерживать сестринские хроматиды вместе до тех пор, пока клетка не начнет делиться, а затем отпускать, когда клетка делится и хромосомы должны разделиться. Большинство исследователей считают, что cohesin имеет форму кольца, которое скрепляет хроматиды, окружая их. Но для докторов. Синья Сюй и Норихико Наказава из отделения OIST G0 Cell Unit, возглавляемого профессором Мицухиро Янагида, некоторые аспекты этой модели не совпадали.
Когезин освобождает хроматин с помощью фермента под названием Cut1. Хроматин представляет собой массу генетического материала, состоящего из ДНК и белков, которые конденсируются с образованием хромосом во время деления эукариотических клеток. Когда хромосомы выровнены, фермент Cut1 разрывает когезин, позволяя двум хроматидам разделиться на дочерние клетки. Когда исследователи мутировали ген, кодирующий Cut1, в клетках делящихся дрожжей, цикл клеточного деления, как и ожидалось, нарушился, потому что мутировавший Cut1 не мог открыть кольцеобразный когезин. Однако теоретически нормальное клеточное деление может быть восстановлено путем добавления второй мутации, которая действует как кнопка отмены для первой мутации, позволяя ферменту еще раз расщепить когезин, открывая кольцо..
Это не то, что команда увидела, когда они добавили эту вторую мутацию к своим делящимся дрожжевым клеткам. Вместо этого клетки, несущие обе эти мутации, по-прежнему не могли расщеплять когезин. Поскольку для правильного функционирования ферменту Cut1 необходима предполагаемая кольцевая структура когезина, ученые начали думать, что когезин не имеет кольцевой формы, как считали исследователи..
«Мы были удивлены, - сказал д-р Наказава, - потому что, если когезин был подобен кольцу вокруг хроматина, то хроматиды должны были быть отрезаны второй мутацией». Тот факт, что это не так, добавляет он, предполагает, что когезин может иметь другую структуру.
Предыдущие исследования, проведенные в 2003 году группой проф. мелкие детали формы комплекса. Чтобы получить более полную картину, команде OIST пришлось изучить генетику.
Ученые сначала секвенировали весь геном когезии в клетке делящихся дрожжей, чтобы определить, где произошли мутации в областях, где белки взаимодействуют с ней, и как эти мутации влияют на структуру когезинового комплекса. Мутации возникли в областях когезина, известных как «головка» и «шарнир», которые скрепляют вместе две основные единицы белкового комплекса. Считается, что они находятся на противоположных сторонах кольцевой структуры, но дальнейший геномный анализ самого когезина показал, что они могут быть расположены рядом друг с другом, что делает кольцевую конфигурацию когезина маловероятной..
проф. Янагида, д-р Сюй и д-р Наказава предложили новую модель, получившую название «удержание и освобождение», в которой когезин больше похож на челюсть, которая удерживает хроматиды на месте, а затем открывается, позволяя хроматину двигаться, без необходимости использования Cut1 для разрыва соединения. сложный.
На основе последовательностей головки и шарнира когезина исследователи построили трехмерную компьютерную модель белкового комплекса. Модель, созданная доктором Рютой Канаи и профессором Чикаши Тойошима из Токийского университета, показала, что вторая мутация в исследовании делящихся дрожжей OIST не могла разрушить когезин, что подтверждает их наблюдения на делящихся дрожжах и добавляет дополнительные доказательства того, что комплекс не имел кольцевой формы.
Новая модель хорошо согласовывалась с АСМ-изображениями когезина из более раннего исследования, в котором предполагалось, что молекула имеет половину длины ожидаемой кольцевой структуры и что когезин имеет форму головастика - большой на одном конце и сужающийся. вниз к более тонкому противоположному концу.
Доктор. Наказава и доктор Сюй до сих пор не имеют достаточно доказательств, чтобы точно определить форму сплоченности. Они также до сих пор не знают, как cohesin связывается с хроматином, чтобы удерживать его на месте, и нужен ли для этого один комплекс или пара. По мере того, как команда исследует эти возможности, они могут приблизиться к доказательству своей новой теории и, возможно, даже лучше понять болезни, вызванные аномальным делением клеток.