Скелет для хромосом
Исследователи из IMP в Вене обнаружили, что когезин стабилизирует ДНК. Ян-Михаэль Петерс и его команда в Исследовательском институте молекулярной патологии (IMP) выяснили, что структуру хромосом поддерживает своего рода молекулярный скелет, состоящий из когезина. Их открытие опубликовано в предстоящем выпуске журнала Nature.
Каждая клетка человеческого тела содержит полную копию генетического чертежа — ДНК. Её общая длина составляет около 3,5 метров, и вся она должна уместиться в ядре клетки диаметром всего одна сотая миллиметра. В пропорциональном увеличении это равносильно задаче втиснуть 150-километровую нить в футбольный мяч. То, как клетке удаётся так плотно упаковать свою ДНК, до сих пор изучено плохо.
Один из способов компактизации ДНК — её плотное наматывание на гистоновые белки. Этот механизм детально изучен и является предметом целой дисциплины — эпигенетики. Однако простые организмы, такие как бактерии, должны упаковывать свою ДНК без гистонов, и даже в человеческих клетках гистоны, вероятно, не справляются с этой задачей в одиночку.
Новая роль старой молекулы
Команда учёных из IMP в Вене представила доказательства существования дополнительного механизма, участвующего в структурировании ДНК. Управляющий директор Ян-Михаэль Петерс и его исследовательская группа обнаружили, что белковый комплекс под названием когезин оказывает стабилизирующее действие на ДНК. В эволюционном плане когезин очень стар, и его структура почти не менялась на протяжении миллиардов лет. Он существовал задолго до гистонов и, возможно, представляет собой древний механизм придания формы ДНК.
Клеточные биологи уже знакомы с когезином и его ролью в делении клеток. Этот белковый комплекс необходим для правильного распределения хромосом по дочерним клеткам. Он образует молекулярное кольцо, которое удерживает сестринские хроматиды вместе до точного момента разделения. Эту функцию и молекулярную структуру когезина открыли учёные IMP ещё в 1997 году.
Антонио Тедески, постдок в группе Яна-Михаэля Петерса, обнаружил доказательства того, что когезин поддерживает архитектуру ДНК в неделящихся (интерфазных) клетках. Он проанализировал клетки, в которых отключил функцию белка Wapl. Этот белок контролирует, насколько плотно когезин связывается с ДНК. Без Wapl когезин «запирается» на хроматине в необычно стабильном состоянии. В результате клетки не могут правильно экспрессировать свои гены и делиться.
«Вермишель» поддерживает форму ДНК
Когда Тедески проанализировал клетки с истощённым Wapl под микроскопом, он обнаружил вытянутые структуры, которые назвал «вермишелью» (итал. vermicelli — маленькие червячки). Поскольку на каждую хромосому приходится по одному «вермишелю», он сделал вывод, что его функция — поддерживать форму хромосом, подобно скелету.
«Мы считаем, что "вермишель" — это "кости" интерфазных хромосом», — говорит Ян-Михаэль Петерс. — «Подобно тому, как наши тела зависят от костей для поддержки, клетки в значительной степени зависят от когезина для сохранения своей структуры».
Важность системы когезина становится очевидной в случаях, когда она нарушена. Несколько редких врождённых заболеваний связаны с мутациями в соответствующем гене. Неправильная структура молекулы когезина вызывает серьёзную задержку развития и является тяжёлым медицинским состоянием. В настоящее время причинной терапии не существует.