Как клетки поддерживают свой центр управления делением

Центромера — специализированный участок ДНК, который служит центром управления клеточным делением и сохраняется неизменным в поколениях клеток. Её маркером служит особый белок — центромерный белок A (CENP-A), который обозначает центромеру и привлекает другие компоненты, необходимые для деления.

"Один из фундаментальных вопросов репликации жизни: каков механизм, позволяющий этой структуре (маркеру CENP-A) точно восстанавливаться в каждом клеточном цикле?" — говорит профессор Андреа Музаккио из Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде.

Команда Музаккио выяснила на молекулярном уровне точный механизм, регулирующий пополнение центромеры белком CENP-A. Используя набор биохимических методов, они определили, как белок polo-подобная киназа 1 (PLK1) регулирует сборку аппарата, ответственного за перезагрузку CENP-A.

Исследование опубликовано в Science.

Каскад событий

"Мы закрыли пробел в знаниях, который оставался открытым 10 лет", — говорит Дуччо Конти, постдок в группе Музаккио и первый автор публикации.

При здоровой репликации ДНК каждая новая хромосома сначала получает половину белков CENP-A на центромеру, которые пополняются вскоре после деления. В раковых клетках этот процесс полностью нерегулируем.

В 2014 году другая группа обнаружила, что фермент CDK1 предотвращает загрузку CENP-A в течение большей части клеточного цикла, а в определённый момент фермент PLK1, наоборот, способствует пополнению. Однако точные молекулярные действия PLK1 оставались неизвестными.

Поскольку PLK1 участвует во многих процессах в клетке, стандартный подход с его полным ингибированием нарушил бы его работу. "Основной задачей было изолировать только специфическую функцию PLK1, связанную с перезагрузкой CENP-A", — поясняет Конти.

Учёные, опираясь на более ранние работы, воссоздали PLK1 и весь аппарат пополнения в пробирке и ввели мутации в определённые точки белков, чтобы выяснить, участвуют ли они в процессе и как. Затем они подтвердили свои выводы в клетках с помощью клеточно-биологических анализов.

Оказалось, что "PLK1 связывается с одним из компонентов аппарата пополнения (комплексом из четырёх белков), заставляя "руку" одного из них открыться и позволить связаться последнему элементу машинерии — шаперонному белку HJURP, который удерживает CENP-A растворимым и стабильным в цитоплазме", — говорит Конти.

PLK1 инициирует каскад событий, вызывая серию химических изменений (фосфорилирование) и конформационных изменений в соседних белках аппарата.

"Это открытие прокладывает путь новым вопросам о PLK1 и его участии в регулировании вставки новых белков CENP-A в центромеру", — добавляет Конти.