Ультраструктура конденсированной хромосомоподобной структуры у цианобактерии
Эукариотические клетки, включая человеческие, перед делением формируют парные конденсированные хромосомы, которые затем поровну распределяются между дочерними клетками. У прокариотических клеток, включая бактерии, такой системы распределения ДНК нет.
Исследователи из Национального института физиологических наук (NIPS) и Университета Сайтамы обнаружили, что у фотосинтезирующей цианобактерии Synechococcus elongatus перед клеточным делением наблюдается компактизация ДНК, напоминающая конденсированные хромосомы эукариот. Учёным удалось детально изучить эту транзиторную структуру.
Бактерии делились в момент перехода от дня к ночи при культивировании в строгих 12-часовых циклах свет/темнота. Эфемерная 3D-структура компактной ДНК была зафиксирована с помощью крио-электронной томографии высокого напряжения после быстрой заморозки. Исследователи показали, что эта структура похожа на конденсированные хромосомы в эукариотических клетках.
Компактизированная ДНК также содержит множество мелких парных полифосфатных телец. Некоторые из них, по-видимому, сохраняют контакт с ДНК, которая от них отходит, что указывает на их возможную роль поставщиков и регуляторов фосфата для синтеза ДНК.
Эти новые данные, опубликованные в Scientific Reports, могут углубить понимание того, как в ходе длительной эволюции биологических клеток эукариотическая клетка пришла к системе использования конденсированных хромосом.
Для исследования использовалась комбинация строго синхронизированного культивирования и сложной визуализации методом крио-электронной томографии высокого напряжения. Была изображена транзиторная 3D-структура компактной ДНК в цианобактериях толщиной до 1 мкм. Полифосфатные тельца, включённые в компактизированную ДНК, могут играть роль поставщиков фосфата для синтеза ДНК, который дублируется вместе с ней.
«Мы знаем, что разница между прокариотами и эукариотами заключается в системе упаковки и доставки ДНК. Эукариоты развили ядерную мембрану для защиты своих генов и формируют конденсированные хромосомы для правильного распределения генома в дочернюю клетку, тогда как у прокариотов такой системы нет», — говорит автор-корреспондент Кадзуёси Мурата. «Наши новые данные проливают свет на механизмы дупликации и сегрегации ДНК цианобактерий и указывают на важную роль полифосфатных телец. Они могут дать подсказки о том, какими шагами происходила эволюция от прокариот к эукариотам».