Ключи к кроссоверам хромосом

Лаборатория Нила Хантера в Колледже биологических наук Калифорнийского университета в Дэвисе приблизилась к разгадке того, как половое размножение перетасовывает гены, обеспечивая при этом правильное количество хромосом в сперматозоидах и яйцеклетках.

В основе полового размножения лежит получение оплодотворённой яйцеклеткой половины хромосом от каждого родителя. У человека 23 пары (46) хромосом, поэтому половые клетки (гаметы) содержат по 23 хромосомы.

Эти гаметы образуются из обычных соматических клеток с двойным набором хромосом в процессе особого типа клеточного деления — мейоза.

Во время мейоза парные хромосомы должны спариваться, образуя кроссинговер (перекрёст). Каждая пара хромосом должна быть соединена как минимум одним кроссовером, чтобы при расхождении они попали в разные половые клетки.

Кроссоверы также приводят к обмену участками ДНК между хромосомами, что обеспечивает генетическое разнообразие потомства. Однако если кроссоверов образуется слишком мало, гаметы получают неправильное число хромосом. Это может вызывать бесплодие, выкидыши или хромосомные заболевания, такие как синдром Дауна.

Крупные исследования в области генетики человека показали, что количество кроссоверов, формируемых во время мейоза, находится под генетическим контролем. Более того, женщины, у которых образуется больше кроссоверов, как правило, имеют больше детей. Один из генов, предположительно контролирующих число кроссоверов у человека, — Rnf212. Ему посвящено новое исследование учёных под руководством профессора Нила Хантера.

В новой работе, опубликованной 10 февраля в журнале Nature Genetics, показано, что Rnf212 необходим для образования кроссоверов в клетках млекопитающих.

Кроссоверы формируются в процессе гомологичной рекомбинации: хромосомы разрываются, а затем восстанавливаются, спариваясь с гомологичной хромосомой-шаблоном. Хотя в каждой клетке инициируются сотни событий рекомбинации, между любой данной парой хромосом сформируется лишь один или два кроссовера.

«Нет специального, заранее определённого сайта для кроссовера. Он может произойти практически в любом месте вдоль хромосомы. Но он должен быть как минимум один, и он всегда есть», — пояснил Хантер.

В серии экспериментов на клетках мышей аспирант Эйприл Рейнольдс, Хантер и их коллеги обнаружили, что белок RNF212 определяет места будущих кроссоверов. Он связывается всего с одним или двумя сайтами рекомбинации на хромосоме, где запускает накопление белкового комплекса, непосредственно осуществляющего разрыв и сшивание ДНК.

Мыши, лишённые гена Rnf212, были стерильны. Мыши с одной рабочей копией гена были фертильны, но при тщательном изучении у них во время образования сперматозоидов и яйцеклеток формировалось меньше кроссоверов, чем у нормальных мышей, что потенциально снижает фертильность. Возможно, это связано с некоторыми случаями бесплодия у людей.

Остаётся неясным, как каждая пара хромосом всегда умудряется образовать хотя бы один кроссовер. Но Хантер убеждён: «RNF212 — ключ к пониманию этой уникальной проблемы в хромосомной биологии».