Структура кинетохора раскрывает механизм его захвата
Ученые впервые получили трехмерное изображение изолированного кинетохора — массивной молекулярной машины, которая соединяет хромосому с микротрубочками, тянущими ее к полюсу делящейся клетки. Это позволило увидеть, как кинетохор устанавливает и поддерживает захват, даже когда кончик микротрубочки, за который он держится, укорачивается. Сохранение этого захвата критически важно для правильного распределения хромосом между дочерними клетками.
Исследование провела группа Тамира Гонена из Медицинского института Говарда Хьюза в сотрудничестве с лабораторией Сью Биггинс из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона. Результаты опубликованы 12 августа 2012 года в журнале Nature Structural and Molecular Biology.
Динамический захват
Во время деления клетки микротрубочки динамичны: они постоянно растут и укорачиваются на своих концах. Кинетохор должен удерживать связь с микротрубочкой, даже когда та разбирается прямо под ним. Сью Биггинс сравнивает это с попыткой удержаться за веревку, которую постоянно вытягивают из-под вас.
Две гипотезы и решение
Ученые предлагали две основные модели удержания:
- Кинетохор образует кольцо, свободно скользящее по микротрубочке.
- Он формирует множественные точки прикрепления вдоль микротрубочки.
Без возможности увидеть структуру было сложно определить правильную модель.
Выделение и визуализация гигантского комплекса
Кинетохор дрожжей состоит из 38 различных белков и имеет размер около 100 нанометров, что в 4 раза больше рибосомы. Студенту лаборатории Биггинс, Бунго Акиёши, удалось разработать метод очистки этой неуловимой структуры. Затем Шейн Гонен из той же лаборатории получил первые электронно-микроскопические изображения кинетохоров, связанных с микротрубочками.
Первоначальные данные были сложными: частицы имели разный размер и форму, многие комплексы начали разрушаться. Прорыв наступил, когда лаборатория Биггинс начала создавать мутанты, лишенные различных компонентов кинетохора. Это позволило идентифицировать, какие частицы являются настоящими кинетохорами, и определить положение некоторых компонентов.
Трехмерная структура
После переезда лаборатории Тамира Гонена в Janelia Farm, специалист по электронной микроскопии Дэн Ши использовал электронную томографию для получения 3D-изображения. Он сфокусировался на нескольких интактных частицах, снял серию изображений под разными углами, а аспирант Мэтт Иаданза объединил данные в трехмерную структуру.
Результаты: "ладонь" с лучами
Полученная структура удивительно соответствовала моделям, ранее предложенным на основе биохимических данных. Кинетохор имеет форму, напоминающую ладонь:
- Крупный центральный домен, вероятно, захватывает хромосому.
- "Лучи", расходящиеся от центра, формируют прикрепления к микротрубочке.
Исследователи наблюдали, что некоторые, но не все кинетохоры образуют кольцевую структуру. Это указывает, что обе ранее предложенные модели, вероятно, верны: кинетохоры могут формировать кольцо, но оно не является обязательным для прикрепления.
Значение открытия
Это первое трехмерное изображение изолированного кинетохора, которое открывает путь к объяснению биохимических данных о том, как кинетохоры контролируют расхождение хромосом. Дальнейшая задача — получение структуры с более высоким разрешением, учитывая огромный размер и динамическую природу этого комплекса.