Ученые раскрыли механизм сохранения центромеры при делении клетки

Исследователи решили вопрос десятилетней давности о механизме, который сохраняет центромеру — "хаб", обеспечивающий правильное деление ДНК во время клеточного деления.

Исследование, опубликованное в Science, показало, что белок PLK1 запускает процесс, который координирует ключевые белки в нужном месте и в нужное время во время деления клетки. Это гарантирует, что каждая новая клетка будет иметь центромеру в правильном месте.

Центромера — это область ДНК, к которой прикрепляется аппарат деления клетки, чтобы разделить идентичные копии генетического материала клетки между вновь образующимися клетками.

Это открытие проливает свет на один из самых фундаментальных процессов жизни, который обеспечивает правильное разделение ДНК клетки, упакованной в хромосомы, в ходе множественных циклов деления.

"В теле человека каждый день делится около двух триллионов клеток. Точное расхождение хромосом — основа самой жизни, и ошибки могут быть катастрофическими. Если центромеры отсутствуют или находятся не в том месте, генетическая информация не распределяется правильно между делящимися клетками. У взрослых это может привести ко многим заболеваниям, включая рак, а на самых ранних этапах жизни — вызвать врожденные дефекты", — говорит профессор Джейяпракаш Аруланандам, руководивший работой.

Аппарат деления клетки идентифицирует центромеры по наличию множественных копий белка CENP-A. Но каждый раз при делении клетки запасы этого белка в центромерах необходимо пополнять.

Молекулярные события, позволяющие это пополнение, чтобы центромера сохраняла свою идентичность и местоположение через огромное количество делений, были предметом интенсивных исследований.

Предыдущие работы другой группы показали, что PLK1 — один из молекулярных "главных" переключателей, контролирующих время пополнения CENP-A, но механизм его действия оставался загадкой.

Команда использовала биофизические, биохимические, структурные и клеточные методы, чтобы понять действие PLK1.

Исследование показало, что PLK1 осуществляет химическое изменение (фосфорилирование) двух белков — Mis18α и Mis18BP1, которые входят в состав белкового комплекса Mis18.

Предыдущие исследования показали, что комплекс Mis18 играет жизненно важную роль в пополнении уровня CENP-A при делении клеток.

Эти начальные химические изменения создают сайты связывания на комплексе Mis18, позволяя белку PLK1 осуществлять дополнительные фосфорилирования других белков Mis18, что активирует весь комплекс.

Исследователи также обнаружили, что PLK1 фосфорилирует другой белок — HJURP, который отвечает за загрузку CENP-A на центромеры.

Вместе эти изменения позволяют комплексу Mis18 действовать как проводник, контролируя, когда HJURP связывается с центромерой, и обеспечивая загрузку CENP-A в нужном месте и в нужное время во время деления клетки.

"PLK1 запускает молекулярный процесс, похожий на эстафету, который определяет, как и когда взаимодействуют ключевые белки. Он гарантирует, что уровни CENP-A восстанавливаются после каждого раунда деления клетки, сохраняя целостность центромеры. Это один из самых важных защитных механизмов клетки, жизненно необходимый для правильной передачи генетического материала через бесчисленные поколения клеток, что важно для создания и поддержания жизни", — говорит Прагья Парашара, один из ведущих авторов статьи.