Как хромосомы «жульничают», чтобы попасть в яйцеклетку

Ученые из Университета Пенсильвании выяснили, как возникает предвзятость в передаче хромосом при образовании женских половых клеток. Исследование на мышиных ооцитах показало молекулярный механизм, позволяющий некоторым хромосомам «обманывать» систему и чаще попадать в яйцеклетку.

Асимметрия веретена деления

Ключевую роль играет асимметрия мейотического веретена — структуры из микротрубочек, которая разделяет хромосомы. Ученые обнаружили, что в ооцитах модификация микротрубочек (тирозинирование) распределена неравномерно: со стороны будущей яйцеклетки её меньше, чем со стороны кортекса клетки.

Сигнал от кортекса

Эта асимметрия создается сигнальной молекулой CDC42, активность которой выше на стороне кортекса. Эксперименты с использованием светочувствительной системы подтвердили, что CDC42 индуцирует асимметрию тирозинирования, а значит, и асимметрию самого веретена.

«Сильные» центромеры и их стратегия

Исследователи использовали мышей с двумя типами центромер (участков хромосом, крепящихся к веретену): крупными («сильными») и мелкими («слабыми»). Известно, что крупные центромеры передаются в гаметы чаще.

• Оказалось, что «сильные» центромеры чаще ориентированы к полюсу, который станет яйцеклеткой.
• При устранении асимметрии веретена (мутации в CDC42) эта предвзятость исчезала.

Тактика «переворота»

Наблюдения в реальном времени показали, как происходит «жульничество»:

• «Сильные» центромеры, оказавшиеся на «неправильной» (кортикальной) стороне веретена, чаще открепляются от микротрубочек.
• После открепления они могут переориентироваться и прикрепиться к «правильному» (яйцевому) полюсу клетки.
• «Слабые» центромеры открепляются редко и не проявляют подобной избирательности.

«Если ты эгоистичная центромера и смотришь не в ту сторону, тебе нужно отпустить, чтобы развернуться. Так ты "побеждаешь"», — объясняет Майкл Лэмпсон, старший автор исследования.

Значение работы

Это исследование проливает свет на фундаментальный, но плохо изученный аспект мейоза — мейотический драйв (предвзятая передача генетических элементов). Понимание того, как «эгоистичные» элементы эксплуатируют механику деления, углубляет знания о самом процессе мейоза. Ошибки в расхождении хромосом во время мейоза являются причиной выкидышей и таких состояний, как синдром Дауна.

Работа опубликована в журнале Science.