Центромеры могут быть «горячими точками» эволюционных инноваций
Новое исследование показывает, что центромеры, отвечающие за правильное деление клеток, могут быстро реорганизовываться за короткие эволюционные промежутки времени. Биологи из Рочестерского университета называют своё открытие в загадочной области хромосомы, известной как центромера, потенциальным прорывом в области биологии хромосом.
Открытие связано со сложной и, казалось бы, тщательно продуманной генетической «борьбой» между элементами в центромере. Вместо хранения генов центромеры служат якорями для белков, перемещающих хромосомы при делении клетки. Если центромера не функционирует, клетки могут делиться с неправильным числом хромосом.
Эти критические структуры богаты так называемым «эгоистичным» генетическим материалом — транспозонами, которые перемещаются по геному, и тысячами повторяющихся сегментов ДНК, известных как «сателлитные ДНК». Эти элементы часто конкурируют во время деления клетки, чтобы обеспечить собственную передачу.
Однако для эффективного функционирования центромер эти конкурирующие элементы также должны сотрудничать.
«Драматическая» реорганизация центромер
Чтобы больше узнать о взаимодействии этих элементов, исследователи изучили близкородственные виды плодовых мушек Drosophila и обнаружили, что центромеры часто переключаются между типами транспозонов и сателлитной ДНК за короткие эволюционные промежутки времени.
«Повторяющиеся последовательности, как известно, в целом быстро эволюционируют. Но мы обнаружили драматическую реорганизацию центромер за два коротких эволюционных периода. Мы увидели не просто разные варианты одной и той же последовательности у разных видов, а категориальные сдвиги в типах элементов», — говорит руководитель исследования Аманда Ларракуэнте.
Исследователи использовали профилирование хроматина и визуализацию с высоким разрешением на растянутых хроматиновых волокнах, чтобы детально наблюдать эти сдвиги.
«Каковы бы ни были эволюционные силы, движущие этой сменой, быстрая реорганизация центромерных последовательностей за короткие эволюционные промежутки времени подчеркивает их потенциал в качестве "горячих точек" для эволюционных инноваций», — говорится в исследовании, опубликованном в PLOS Biology.
Лаборатория заинтересована в понимании роли этих последовательностей ДНК в функционировании и стабильности центромер в будущих работах. По словам Ларракуэнте, открытие и последующее изучение динамики центромер может иметь долгосрочные перспективы для лечения заболеваний и расстройств, характеризующихся нестабильностью генома, таких как рак и другие болезни, связанные со старением.
«Они могут быть связаны с дефектами центромер. Понимание того, как последовательности ДНК способствуют организации и функции центромер, может помочь нам понять их аномальное поведение».