'Раскручивание' хромосом: новый взгляд на факторы, определяющие ширину хромосом

Хромосомы — это высококонденсированная форма ДНК, критически важная для деления клетки. Во время митоза хромосомы обеспечивают равное распределение генетического материала между дочерними клетками. Интересно, что размеры и степень конденсации ДНК в митотических хромосомах различаются у разных организмов. Как это регулируется — то есть, какой фактор управляет формированием и размерами митотических хромосом — оставалось загадкой.

Команда исследователей под руководством доктора Ясутаки Какуи из Института перспективных исследований Университета Васэда, Франка Ульмана из Лаборатории сегрегации хромосом Института Фрэнсиса Крика и Тору Хироты из Отдела экспериментальной патологии Онкологического института Японского фонда исследования рака занялась расшифровкой этой загадки.

Во время митоза ДНК значительно уплотняется, образуя хромосомы. Ключевую роль в процессе компактизации играет крупный белковый кольцевой комплекс — конденсин. Он связывается с определёнными участками ДНК и сжимает её, формируя петли. Учёные знали, что конденсин критически важен для компактизации ДНК, что тесно связано с размерами хромосом — более толстые хромосомы сильнее уплотнены. Также известно, что паттерн сайтов связывания конденсина специфичен для вида. Однако точная роль конденсина и хроматиновых контактов в определении размеров хромосом оставалась неясной.

Исследователи изучили различные аспекты конденсина и хроматиновых контактов. Они использовали Hi-C и микроскопию сверхвысокого разрешения, чтобы проанализировать корреляцию между митотическими хроматиновыми контактами и длиной плеча хромосом у дрожжей S. cerevisiae и S. pombe.

Было получено убедительное доказательство того, что расстояние между хроматиновыми контактами прямо пропорционально длине плеча как в интерфазе, так и в митозе. Следовательно, более короткие плечи имеют короткодистантные контакты, а более длинные — дальнодистантные. Это оказалось видоспецифичным.

Более длинные расстояния между хроматиновыми контактами приводят к формированию более крупных петель хроматина, и то и другое указывает на более широкие плечи хромосом. Авторы исследования, изучив оба вида дрожжей, пришли к выводу, что внутри вида более длинные хромосомные плечи всегда шире. Воодушевлённые успешными наблюдениями на дрожжах, они расширили исследование на человеческие клетки и обнаружили те же корреляции.

«Мы сделали неожиданное открытие, что более длинные хромосомные плечи всегда толще у всех эукариотических видов, что помогает нам понять, как формируются митотические хромосомы во время клеточных делений», — поясняет Какуи. Их исследование стало первым, которое убедительно установило, что длина плеча хромосомы определяет ширину митотической хромосомы.

Это исследование дало уникальное представление о структуре митотических хромосом, которое бросает вызов текущим взглядам на их формирование. Какуи резюмирует: «Наши открытия могут открыть новый путь для предотвращения хромосомных ошибок — вероятной причины образования раковых клеток и/или врождённых дефектов, таких как синдром Дауна, — через контроль структуры митотических хромосом. Это потенциально может изменить методы лечения рака и/или лечения бесплодия».