Белки нематод проливают свет на причины бесплодия
Биологи из Университета Юты разработали метод изучения сложных взаимодействий синаптонемного комплекса у нематоды C. elegans. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Авторы идентифицировали три белковых сегмента, которые направляют взаимодействие хромосом, и точно определили место их контакта. Их новый метод использует технику генетического супрессорного скрининга, которая может служить моделью для исследования крупных клеточных структур, устойчивых к традиционному структурному анализу.
Роль синаптонемного комплекса
Половые клетки (гаметы) содержат по одной копии каждой хромосомы. Они образуются в процессе мейоза, когда клетки с двумя наборами хромосом сокращают их число вдвое. Для успешного мейоза две гомологичные хромосомы должны идеально выровняться и обменяться генетической информацией. Нарушения этого процесса — ведущая причина возрастного бесплодия у людей.
Синаптонемный комплекс (СК) — это похожая на молнию белковая структура, которая выравнивает и скрепляет две родительские хромосомы, облегчая генетический обмен. Все эукариоты (грибы, растения, черви, люди) используют СК для образования гамет.
«Это способ зафиксировать системы в клетках, которые слишком нестабильны для методов, требующих кристаллизации», — сказал Офер Рог, старший автор исследования. — «Наш подход позволяет изучать даже относительно слабые или временные взаимодействия».
Эксперимент на нематодах
Исследователи вывели 50 000 нематод с термочувствительными дефектами в СК. При высокой температуре черви не могли сформировать белковую "молнию", и обмен генами во время мейоза нарушался.
Учёные выращивали червей при низкой (разрешающей) температуре, затем подвергали их воздействию химического мутагена и проверяли, смогут ли мутировавшие черви размножаться при более высокой температуре. Мутации, восстанавливающие фертильность, называются супрессорными.
Плодовитых червей выявляли по чистым чашкам Петри с агаром и бактериями (их потомство съедало пищу), в то время как на чашках со стерильными червями бактерии продолжали расти.
Результаты
Просканировав 100 миллионов пар оснований ДНК, команда обнаружила, что все полезные мутации происходили в коротких сегментах трёх белков: SYP-1, SYP-3 и SYP-4. Мутации несли отчётливые признаки взаимодействия. Например, если исходная мутация меняла электрический заряд с положительного на отрицательный, то супрессорная мутация возвращала заряд обратно.
«Это было сильным указанием на то, что SYP-1, SYP-3 и SYP-4 взаимодействуют друг с другом, как магниты, где положительные и отрицательные области притягиваются», — сказал Рог.
Исследователи также обнаружили, что нематоды только с супрессорной мутацией (без исходной, нарушающей СК) производили потомство в количестве, сравнимом с нормальными червями.
Значение и дальнейшие шаги
СК выполняет схожую функцию у всех эукариот, от нематод до человека. Однако белковые компоненты, из которых он состоит, у разных организмов имеют разную последовательность. Это необычно, так как большинство клеточных структур, выполняющих основные функции (деление клеток, дупликация генома), высоко консервативны.
«Вопрос, над которым мы много думаем: "Что особенного в СК? Почему он может делать одно и то же и выглядеть одинаково, но состоять из разных строительных блоков?"» — объяснил Рог.
Сейчас команда продолжает анализ эволюции СК у разных видов и других клеточных структур, которые бросают вызов общепринятым представлениям об эволюции.