Новый механизм, обнаруженный в мейозе

Инактивированный, но всё ещё активный — как модификация фермента управляет критическими процессами полового размножения.

Исследовательская группа молекулярного биолога Андреа Пичлер из Института иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка в Фрайбурге сделала важное открытие в исследовании мейоза. Группа Пичлер идентифицировала новый механизм, играющий важную роль в мейозе.

Отправная точка исследования

Мейоз, или редукционное деление, — ключевой процесс полового размножения. Он перетасовывает родительский генетический материал, обеспечивая генетическое разнообразие.

Для контроля различных биологических процессов клетки способны избирательно изменять свойства своих белков, такие как продолжительность жизни, уровень активности, партнеры по связыванию или локализация. Это достигается, например, присоединением одного или нескольких белков Small Ubiquitin-like Modifier (SUMO). Этот процесс происходит в три последовательных фермент-зависимых этапа. Учёные предполагали, что фермент для этапа 2 был лишь промежуточным звеном.

Прорыв

Как теперь обнаружили учёные во Фрайбурге, фермент этапа 2 сам модифицируется белком SUMO, что изменяет его функционирование. Удивительный эффект: обычная активность фермента этим изменением выключается, и вместо этого приобретается новая функция. Он работает вместе с активированным, неизменённым ферментом в образовании SUMO-цепей. Если этот эффект заблокировать, возникают серьёзные последствия: белковая структура (синаптонемный комплекс), формирующаяся между гомологичными хромосомами, больше не может образоваться.

Новые выводы исследователей

Крошечного количества — менее одного процента — модифицированного SUMO фермента этапа 2 достаточно для формирования нормальной белковой структуры (левое изображение). Исследователь Хелен Клуг из команды Пичлер: «Минимального количества изменённого фермента вместе с немодифицированным ферментом достаточно для образования активированного комплекса, который затем осуществляет специфичные для мейоза SUMO-модификации».

«Вначале результаты биологических и биохимических экспериментов были полностью противоречивыми, хотя данные были абсолютно достоверными. Поэтому мы были убеждены, что оба набора наблюдений верны. Объяснение этого противоречия привело нас к новому механизму», — говорит Пичлер, руководившая исследованием. В обширных и сложных биохимических экспериментах исследователи дополнительно смогли впервые раскрыть, как этот ферментный комплекс осуществляет образование SUMO-цепей.

После пятидесяти лет исследований синаптонемного комплекса эти новые данные задают новый курс: «Впервые мы можем изучать потерю синаптонемного комплекса практически без побочных эффектов и надеемся раскрыть его секрет. Это позволяет нам исследовать последствия для мейоза и, следовательно, для развития гамет», — говорят Франц Кляйн и Мартин Ксавер, сотрудники и исследователи мейоза из лабораторий Макса Ф. Перуца в Вене.

Пичлер и её команда уже в 2008 году смогли продемонстрировать, что само-мечение ферментом этапа 2 в клетках млекопитающих влияет на то, какие именно белки метятся SUMO. Чтобы раскрыть биологическую функцию этой формы регуляции, исследовательская группа переключилась на пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), более простой организм. «Теперь, когда мы знаем, где нужно искать, мы также хотим вернуться к системе млекопитающих и более пристально исследовать роль этой регуляции фермента там», — говорит Пичлер. «Кроме того, мы хотим лучше понять функцию обнаруженного дрожжевого ферментного комплекса в мейотической структуре хромосом».