Открытие механизма защиты хромосом при передаче от поколения к поколению
Качество яйцеклеток, формирующихся в яичниках женского плода, критически важно для будущих беременностей. В этих клетках хромосомы должны быть точно разрезаны, соединены и отсортированы. Аналогичный процесс у мужчин производит сперматозоиды в яичках после полового созревания.
Если этот процесс нарушается, в яйцеклетках или сперматозоидах возникает неправильное число хромосом, что может привести к бесплодию, выкидышам или рождению детей с генетическими заболеваниями.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, раскрывает механизм, который защищает от таких ошибок. Учёные изучили хореографию белков, соединяющих парные гомологичные хромосомы, что обеспечивает их правильную сортировку при развитии половых клеток.
Формирование кроссоверов для прочной связи
У человека 23 пары гомологичных хромосом. На раннем этапе образования сперматозоидов или яйцеклеток эти пары выстраиваются, и хромосомы от разных родителей разрываются и соединяются друг с другом. Эти обмены, называемые кроссоверами, выполняют две функции:
- Обеспечивают уникальную смесь генов от обоих родителей у потомства.
- Удерживают хромосомы в соединённых парах, что направляет их распределение при делении клеток.
Особенно важно поддерживать связь кроссоверов у женщин, так как незрелые яйцеклетки после их формирования остаются в состоянии покоя в яичниках десятилетиями, до овуляции.
При спаривании хромосом происходит обмен и переплетение цепей ДНК, формируя структуру двойного соединения Холлидея. Затем цепи этой структуры разрезаются, чтобы окончательно соединить хромосомы, образуя кроссовер.
Если хотя бы один кроссовер не соединит пару хромосом, они могут потерять контакт и неправильно разделиться при делении клетки. Это приводит к яйцеклеткам с лишними или отсутствующими хромосомами, что является причиной, например, синдрома Дауна (дополнительная копия хромосомы 21).
От дрожжей к человеку
Исследование проводилось на дрожжах, так как структуры хромосом и белки, участвующие в этом процессе, эволюционно консервативны и имеют прямые аналоги у человека.
Учёные использовали метод «генетики в реальном времени», заставляя клетки разрушать определённые белки внутри структур, связанных с двойным соединением Холлидея. Затем они анализировали ДНК, чтобы увидеть, разрешаются ли соединения и формируются ли кроссоверы.
Было обнаружено, что сеть белков функционирует совместно для гарантированного образования кроссоверов. Ключевые белки, такие как кохезин, предотвращают преждевременный разбор соединений ферментным комплексом STR (у человека — комплекс Блума).
«Они защищают двойное соединение Холлидея. Это ключевое открытие», — отмечает профессор Нил Хантер.
Нарушение этой защитной функции у человека может быть связано с проблемами фертильности.