Лазерная нарезка хромосом раскрывает механизмы клеточного деления
Биоинженеры из Мичиганского университета использовали сверхкороткие лазерные импульсы для отсечения фрагментов хромосом и наблюдения за их поведением. Это позволило получить ключевые данные о митозе — процессе деления клеток.
Результаты работы помогут лучше понять природу генетических заболеваний, старения и рака.
Клетки растений, грибов и животных (включая человека) делятся посредством митоза, в ходе которого хромосомы, содержащие ДНК, расходятся к дочерним клеткам. Силы, создаваемые митотическим веретеном, направляют реплицированные хромосомы к противоположным полюсам клетки перед её разделением.
«Каждой клетке необходимо правильное количество хромосом. Это основа жизни в целом и крайне важно с точки зрения заболеваний», — отметил Алан Хант, доцент кафедры биомедицинской инженерии и соавтор статьи в Current Biology.
Исследование подтвердило теорию о роли полярных выталкивающих сил. Учёные предполагали, что направление и величина этих сил могут служить физическими сигналами, направляющими движение хромосом. До настоящего момента прямую связь установить не удавалось.
Считается, что полярные выталкивающие силы возникают в результате взаимодействия белковых моторов на плечах хромосом с микротрубочками клетки. Микротрубочки — длинные тонкие структуры, входящие в состав цитоскелета и митотического веретена. Они служат внутриклеточной опорой и «рельсами» для молекулярных моторов, переносящих грузы, такие как хромосомы.
Группа Ханта выдвинула гипотезу, что величина полярных выталкивающих сил пропорциональна размеру хромосомы. Используя тритонов в качестве модельного организма, они отрезали части плеч хромосом с помощью фемтосекундных лазерных импульсов («нанохирургия»).
«Мы установили, что полярные выталкивающие силы действительно являются прямым сигналом, направляющим движение хромосом в митозе», — заявил Хант.
Фемтосекунда — это одна миллиардная от одной миллионной доли секунды. Разрезы на хромосомах длиной в микрометры имели толщину всего в нанометры (в миллион раз тоньше человеческого волоса).
Понимание механизмов управления хромосомами позволяет определить, как их сбои приводят к генетическим заболеваниям, старению и раку. Неправильное деление клеток часто ведёт к их гибели, но если они выживают, это может вызвать рак или возрастные нарушения. Такие генетические заболевания, как синдром Дауна, также являются следствием ошибок в расхождении хромосом.
Митоз — одна из главных мишеней химиотерапии.
«Зная, как движутся хромосомы, мы можем лучше понять, как препараты нарушают эти движения, и разработать эксперименты для поиска новых лекарств», — пояснил Хант.
Источник: Статья «The Distribution of Polar Ejection Forces Determines the Amplitude of Chromosome Directional Instability» опубликована в печатном выпуске Current Biology от 26 мая.