Дефекты хромосом из-за избыточного обмена ДНК в сперматозоидах и яйцеклетках

Обмен участками ДНК между хромосомами (кроссинговер) на ранних стадиях формирования половых клеток в норме ограничен, что обеспечивает фертильность.

Однако, как выяснили биологи, слишком большое количество таких генетических обменов нарушает правильное расхождение хромосом в яйцеклетках. К такому выводу пришли учёные в ходе совместного проекта трёх лабораторий из Университета Орегона и Северо-Западного университета.

В статье, опубликованной 4 сентября в журнале PLOS Genetics, исследователи описали, как эти нарушения, изученные на микроскопических круглых червях (Caenorhabditis elegans), приводят к ряду дефектов мейоза из-за воздействия на хромосомы неправильных сил веретена деления.

Неточное расхождение хромосом у человека связано с синдромом Дауна и выкидышами. Как отметила ведущий автор исследования, биолог Диана Э. Либуда из Университета Орегона, такие дефекты, наблюдаемые в работе, могут приводить к повышенному бесплодию.

«В течение последнего столетия исследования были сосредоточены на том, чтобы обеспечить достаточное количество кроссинговеров при развитии сперматозоидов и яйцеклеток, — сказала Либуда. — Было известно, что развивающиеся половые клетки имеют способы предотвратить слишком много обменов, но было неясно, зачем».

Исследовательская группа идентифицировала два механизма, которые помогают противодействовать дефектам, вызванным избыточной активностью кроссинговера в развивающихся яйцеклетках, и, таким образом, способствуют координации процесса, обеспечивающего геномную целостность новых поколений.

Ещё в 2013 году Либуда сообщила об открытии механизма, подавляющего избыточное образование кроссинговеров у круглых червей. Однако тогда не было возможности изучить последствия случаев, когда таких обменов всё же происходило слишком много. С тех пор её лаборатория разработала способ вызывать дополнительные кроссинговеры на одной хромосоме.

Эта возможность привела к сотрудничеству, финансируемому Национальными институтами здравоохранения (NIH), с Сэди Уигналл из Северо-Западного университета, экспертом по высокоразрешающей визуализации структур, участвующих в расхождении хромосом в развивающиеся яйцеклетки. Её находки побудили Либуду обратиться в лабораторию Брюса Бауэрмана в Университете Орегона, чтобы изучить расхождение хромосом в живых развивающихся яйцеклетках.

Исследование даёт фундаментальное понимание, которое может направлять работу на других организмах для лучшего понимания механизмов и, в конечном итоге, привести к потенциальным клиническим применениям.

«Те же самые белки, которые мы изучаем у C. elegans, есть и у людей, — отметила Либуда. — Фактически, большинство белков, необходимых для фертильности, используются разными организмами, включая дрожжи, плодовых мух, нематод, рыбок данио, мышей и людей. Многочисленные исследования показали, что работа с этими микроскопическими червями имеет значение для здоровья человека».