Избегая катастрофы: Исследование дрожжей раскрывает ключи к поддержанию размера генома
Новое исследование Центра Доннелли раскрывает, как ключевой молекулярный механизм обеспечивает равное распределение ДНК между дочерними клетками при делении. Нарушение этого процесса может привести к неравному числу хромосом, что вызывает нарушения развития и рак. Работа также дает подсказки, почему у некоторых детей развиваются агрессивные опухоли почек.
Исследование под руководством Тины Синг, аспирантки лаборатории профессора Гранта Брауна в Центре Доннелли и Департаменте биохимии, опубликовано в июньском номере The Journal of Cell Biology.
Важность постоянства генома
Браун сравнивает геном с книгой инструкций, организованной в определенное количество глав — хромосом. «Важно, чтобы количество глав оставалось постоянным. Плохо, если вам не хватает инструкций для определенных процессов, но, что удивительно, плохо и если инструкций слишком много».
Наличие лишней копии хромосомы 21 приводит к синдрому Дауна, а отсутствие одной X-хромосомы вызывает бесплодие у женщин, как при синдроме Тернера. В раковых клетках удвоение всего генома с последующей хаотичной потерей хромосом позволяет опухолевым клеткам накапливать гены, помогающие им обгонять в росте здоровые клетки.
Новая роль комплекса RSC
Тина Синг обнаружила новую роль известного белкового комплекса RSC (remodels the structure of chromatin, произносится как «риск») в равном разделении дуплицированных хромосом между дочерними клетками.
RSC делает это, помогая формированию центросомы — структуры, из которой вырастают микрофиламенты, захватывающие каждый набор хромосом и растаскивающие их в разные стороны. «Мы обнаружили, что если клетки лишены функции RSC, это вызывает аномальное расхождение ДНК и спонтанное удвоение числа хромосом в клетках», — говорит Синг.
В экспериментах использовались дрожжи Saccharomyces cerevisiae — одноклеточные микроорганизмы, используемые в хлебопечении и пивоварении. При потере функции RSC они демонстрировали поразительное сходство с раковыми клетками.
Помимо увеличения числа хромосом, у дрожжевых клеток без функционального RSC также было больше центросом. Если здоровые клетки обычно имеют две центросомы во время деления, то у мутантов по RSC их часто было гораздо больше, что затрудняло правильное расхождение хромосом.
Ранее RSC был известен своей ролью во включении и выключении генов. Открытие Синг о его важности для расхождения хромосом было неожиданным.
Связь с раком у человека
Мутации в человеческой версии RSC также приводят к спонтанному увеличению числа хромосом и были обнаружены при рабдоидных опухолях — высокоагрессивной форме рака почки. Кроме того, если клетки мыши теряют функцию RSC, они могут стать раковыми.
Ранее не было известно ничего, что указывало бы на вовлеченность RSC в расхождение хромосом. Теперь, благодаря данным, полученным на дрожжах, возможно, что RSC играет аналогичную роль у людей.
«Всегда удивительно думать о том, как фундаментальные процессы в дрожжах также происходят у людей, — говорит Синг. — Мы считаем, что наше исследование дает некоторое представление об этом наблюдении в раковых клетках, и думаем, что возможно, этот комплекс также помогает расхождению хромосом в человеческих клетках».
Неожиданное открытие
Открытие Синг стало результатом счастливой случайности. Изначально она планировала глубже изучить более традиционные функции RSC. Только после того, как она неоднократно заметила, что клетки без функции RSC имеют вдвое больше нормального числа хромосом, она осознала, что наткнулась на что-то неожиданное.
«Увеличение числа хромосом оказалось интереснее того, что мы искали, — говорит она. — Это исследование — хороший пример того, как иногда, начиная изучать конкретную биологическую проблему, можно быть удивленным полученным данным, и как следование любопытству по другому пути может привести к пониманию другого аспекта биологии».