Своевременная деградация KNL2 критически важна для стабильности генома растений

Международная исследовательская группа под руководством Института Лейбница IPK раскрыла молекулярные механизмы, регулирующие посттрансляционный контроль белка кинетохоры KNL2 и его ключевую роль в делении клеток.

Результаты, опубликованные в журнале The Plant Cell, дают важное представление о биологии кинетохор у растений и имеют более широкое значение для понимания аналогичных процессов у других видов.

Точное деление клеток необходимо для правильной передачи генетической информации. Каждая хромосома содержит центромеру — область, играющую центральную роль в направлении движения хромосом во время деления. На центромере формируется белковый комплекс кинетохоры, который служит сайтом прикрепления микротрубочек — динамических волокон, разделяющих хромосомы по дочерним клеткам.

Один из ключевых белков кинетохоры, KNL2, поддерживает депозицию CENH3 — специализированного гистона, который определяет центромеру. Хотя важность KNL2 хорошо известна, механизмы, регулирующие его уровни во время клеточного цикла, до конца не были поняты у растений и других организмов.

Команда обнаружила, что αKNL2 у Arabidopsis thaliana деградирует во время митоза посредством убиквитин-зависимого протеолиза. В A. thaliana и нематоде Caenorhabditis elegans исследования белковых взаимодействий выявили связь между KNL2 и анафаз-промотирующим комплексом/циклосомой (APC/C) — белковым комплексом, который запускает прогрессию клеточного цикла, помечая специфические белки для деградации.

«Примечательно, что мы впервые идентифицировали два ключевых компонента APC/C — APC10 и CDC20.1, — которые напрямую взаимодействуют с αKNL2, чтобы запустить его деградацию», — говорит Маникандан Калидасс, первый автор исследования.

«Исследование также показало, что когда APC/C нарушен или мутации препятствуют деградации αKNL2, белок накапливается аномально. Это накопление вызывает ошибки в сегрегации хромосом и приводит к серьезным проблемам в развитии», — говорит д-р Инна Лермонтова, руководитель исследовательской группы «Биология кинетохоры» в IPK. Растения, экспрессирующие неразрушимую форму αKNL2, демонстрировали серьезные дефекты роста, фертильности и митоза.

Эти результаты иллюстрируют более широкий биологический принцип: белки, участвующие в клеточном цикле, должны быть строго регулируемы, появляясь и исчезая в правильное время. Деградация жизненно важна для обеспечения того, чтобы белки не задерживались дольше своей необходимой функции. Когда эта система выходит из строя, это может привести к серьезным последствиям, таким как неконтролируемый рост клеток, что является отличительной чертой рака.

В перспективе исследователи планируют изучить, как деградация αKNL2 тонко настраивается в различных условиях, таких как стресс окружающей среды или разные стадии развития. Помимо текущих коллабораций, сфокусированных на KNL2 у C. elegans, команда также намерена расширить свою исследовательскую сеть, включив в неё исследования регуляции KNL2 у животных и человека, что ещё больше расширит влияние их открытий на различные биологические системы.