Работа, опубликованная сегодня в Journal of Cell Biology и выполненная группой исследователей из Центра геномной регуляции (CRG), проливает новый и раскрывающий свет на этот сложный механизм. В исследовании с использованием дрожжей они обнаружили, что фермент, который, как известно, жизненно важен для разделения хромосом, топоизомераза 2 (Topo 2), активен намного дольше, чем считалось ранее; они также заметили, что длина хромосомы имеет решающее значение при определении количества времени, в течение которого работает этот белок.Распутывание хромосомКогда клетка готовится к делению, она дублирует свою ДНК и уплотняет ее в пары идентичных хромосом.
Однако эти дублированные хромосомы скручены друг вокруг друга, как если бы они были запутанной парой наушников. Прежде чем клетка будет разделена на две, каждая половина должна получить по одной копии каждой реплицированной хромосомы; Таким образом, важно, чтобы пары хромосом распутались или распутались должным образом.
В противном случае они не смогут разделиться во время деления клеток, а ДНК внутри может быть сильно разрезана или разделена, что может привести к гибели клеток или вредным мутациям — и, возможно, к раку.«Чтобы решить эту проблему, у клетки есть два варианта: либо терпеливо распутать хромосомы, когда кто-то развязывает спутанные кабели, либо разрезать их и снова соединить вместе. Что касается кабелей, особенно если это провода наушников, возможно, разрезать их — не лучшая идея, но хромосомы настолько длинные, что другого выхода на самом деле нет.
И это то, что делает клетка, используя Topo 2 », — объясняет Мануэль Мендоза, руководитель группы по координации цитокинеза с сегрегацией хромосом в CRG.Таким образом, Topo 2 — это молекула, отвечающая за разрезание узлов ДНК между реплицированными молекулами ДНК, распутывание пар хромосом и последующее закрытие разрезов, так что каждый член пары хромосом может мигрировать на противоположную сторону клетки по мере его продвижения. делится пополам.
Эта роль Topo 2 была известна в течение некоторого времени, но считалось, что он действует быстро и одинаково на всех хромосомах. Однако Мендоса и его команда предполагают, что эта гипотеза ошибочна.
Команда исследователей из CRG хотела знать, влияет ли длина хромосомы на действие этого фермента. В принципе, если количество сцеплений между хромосомами в каждой клетке одинаково, независимо от того, длинные или короткие хромосомы, то время, необходимое Topo2 для их раскрутки, всегда должно быть одинаковым.
Однако они обнаружили, что в клетках с хромосомами, которые длиннее, чем обычно, Topo2 требуется дополнительная «помощь», чтобы распутать узлы, предполагая, что он должен оставаться активным дольше. Продолжая предыдущую метафору, очевидно, что этой молекуле необходимо — хотя неизвестно почему — растянуть кабели двух наушников до тех пор, пока первый узел не окажется в напряжении: именно тогда Topo2 начинает его развязывать. И он делает это по порядку, узел за узлом, начиная с самого близкого к концу наушников и заканчивая самым дальним.«Помощь», которую получает Topo2, исходит от микротрубочек, типа крошечной проволоки, которая составляет часть митотического веретена, структуры, похожей на мяч для регби, который создается, когда клетка начинает процесс дупликации и деления.
Микротрубочки прикрепляются к хромосомам в определенной точке (центромере) и раздвигают их, так что по одной копии идет на каждую сторону клетки. Таким образом, когда он разделится, каждая половина будет содержать одинаковую генетическую информацию.
Мендоза объясняет, что «неожиданно мы увидели, что чем длиннее хромосома, тем больше времени требуется ферменту, чтобы полностью ее развязать. И мы считаем, что понимаем почему.
Поскольку скорость, с которой эти микротрубочки разрывают хромосомы, является постоянной, когда хромосома короткий, все путаницы или узлы быстро натягиваются. С другой стороны, если это длинное, потребуется больше времени, чтобы напряжение распространилось по всей хромосоме », и, следовательно, Topo 2 закончит их распутывать позже . Чтобы лучше понять этот процесс, просто представьте, что кто-то пытается подобрать и обернуть длинную веревку.Согласно результатам этого исследования, длинным хромосомам требуется больше времени для распутывания, чем коротким. И это распутывание происходит только тогда, когда микротрубочки начинают растягивать хромосомы, в период митоза, известного как «анафаза».
Вплоть до этого момента Topo2 продолжает делать свою работу.Понимание всех участников точного механизма деления клеток помогает нам понять один из самых сложных и повторяющихся процессов в любом организме.
Правильное функционирование клеточного деления является ключом к выживанию каждой клетки и, соответственно, всех живых существ.