Учёные раскрыли механизм точного наследования эпигенетической информации

Все 10 триллионов клеток взрослого человека генетически идентичны, но превращаются в разные типы (мышечные, нервные, кожные), активируя или подавляя определённые гены. Ключевой момент: каждая специализированная клетка сохраняет «память» о своей идентичности, помня, какие гены должны быть включены или выключены, даже при делении. Эта память не записана в ДНК, но является наследуемой — это эпигенетическая информация, часто содержащаяся в белках и контролирующая не только гены, но и организацию хромосом.

Команда Ларса Янсена из Института Гульбенкяна выяснила, как один из таких эпигенетических организационных центров — центромера — точно передаётся от материнской клетки дочерним. Результаты, опубликованные в Developmental Cell, объясняют ключевой процесс деления, ошибки в котором могут приводить к раку.

Роль центромеры

Центромера — это уникальная белковая структура на каждой хромосоме, которая во время деления прикрепляет её к цитоскелету, обеспечивая точное распределение хромосом. Нарушение её работы ведёт к неправильному числу хромосом в клетках, что характерно для опухолей.

Молекулярная память CENP-A

Ключевой белок центромеры, CENP-A, хранит её «молекулярную память», обеспечивая наследование. Было известно, что ДНК удваивается перед митозом, а дупликация центромеры под руководством CENP-A происходит только после митоза, в G1-фазе. Что запускает этот процесс и гарантирует его точность, оставалось загадкой.

Общий молекулярный часовой механизм

Исследователи показали, что тот же самый механизм, который контролирует удвоение ДНК, управляет и дупликацией CENP-A. Этот механизм включает циклин-зависимые киназы (Cdks), действующие как молекулярные часы, последовательно продвигающие этапы клеточного цикла.

• Высокая активность Cdks (перед митозом): запускается удвоение ДНК, а дупликация CENP-A блокируется.
• Низкая активность Cdks (после митоза): запускается дупликация CENP-A, а удвоение ДНК невозможно.

Учёные пришли к этой модели, ингибируя активность Cdks в клетках человека и курицы в заданное время. Это «обманывало» клетки, заставляя их создавать новые центромеры даже во время удвоения ДНК. «Это как клетка с джетлагом», — поясняет Ларс Янсен.

Значение открытия

«Мы обнаружили простой и изящный механизм, с помощью которого клетка связывает удвоение ДНК, деление и сборку центромеры, — говорит Янсен. — Используя один механизм (Cdks) для всех этих шагов, но противоположным образом, клетка обеспечивает создание правильного числа копий как генов, так и центромер, выделяя для каждого подходящее время. Разделение этих критических процессов во времени, вероятно, важно для избежания ошибок. Понимание этих общих принципов эпигенетического наследования фундаментально для изучения регуляции генов, организации геномов и широкого спектра заболеваний, возникающих из-за сбоев в этих механизмах».