Роль когезинов в делении эмбриональных стволовых клеток

Хромосомы претерпевают точные структурные изменения на молекулярном уровне во время разных фаз деления клетки. Эти изменения происходят с высокой точностью для предотвращения нестабильности генома. Нестабильность генома, возникающая из-за сломанных, отсутствующих или перестроенных хромосом, является коренной причиной гибели клеток, канцерогенеза и врожденных нарушений.

Ученые давно пытаются понять роль когезина во время мейотического деления клетки. Когезины — важные белки для поддержания целостности генома, так как они обеспечивают точное расхождение хромосом, удерживая сестринские хроматиды вместе во время мейоза.

В новом исследовании под руководством профессора Кеун П. Кима из Университета Чунг-Ан (Южная Корея) изучали эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), чтобы понять, играет ли мейоз-специфичный комплекс когезина активную роль во время митотического деления клетки, ответственного за рост и развитие всех клеток. Результаты опубликованы онлайн 3 марта 2022 года в Genome Biology.

ЭСК проявляют плюрипотентность (потенциал дифференцироваться в любой тип клеток тела), а также имеют неограниченную способность к самообновлению и высокую устойчивость к стрессу повреждения ДНК. Однако мало известно о том, как ЭСК поддерживают целостность генома и справляются с хромосомными аномалиями и стрессами репликации, которые могут возникать во время пролиферации и дифференцировки клеток.

Чтобы восполнить этот пробел, команда идентифицировала два фактора когезина, REC8 и STAG3, которые специфично экспрессируются в ЭСК. Они изучили возможный вклад этих мейотических компонентов во время митотических делений, тесно связанных со структурой и организацией хромосом в ЭСК.

Используя ЭСК мышей, команда с помощью высокоразрешающей 3D-SIM микроскопии и функционального анализа изучила, как REC8 и STAG3 влияют на структуру хромосом и клеточную функцию при митозе.

Ключевой вывод: подавление количества белков когезина в клетке приводит к сильной компактизации хромосом, их преждевременному неразделению и, в конечном счете, к нестабильности генома. Для предотвращения этого кризиса необходимо поддерживать адекватные уровни факторов когезина REC8 и STAG3, которые обеспечивают стабилизацию хромосом и надлежащее сцепление сестринских хроматид во время клеточного цикла в ЭСК.

Исследование доказывает, что морфогенез и взаимодействие хромосом зависят от наличия или отсутствия митотических и мейотических факторов когезина. Результаты улучшают понимание процесса сцепления хроматид и формирования хромосом в митотических хромосомах ЭСК.

Перспективы: Понимание того, как комплекс когезина и другие регуляторные факторы участвуют в формировании хромосомы и поддержании целостности генома, будет полезно для исследования механизмов и методов лечения таких заболеваний, как рак, бесплодие и хромосомные болезни (например, синдром Дауна).