Брак микроскопических методов раскрывает 3D-структуру критически важного белкового комплекса
Исследователи из Института медицинских исследований Стоуэрс определили трехмерную структуру комплекса, необходимого для правильной сортировки хромосом в яйцеклетки и сперматозоиды во время деления половых клеток (мейоза).
Когда эта структура, называемая синаптонемным комплексом, неправильно собирается в клетке, это может привести к хромосомным аномалиям, выкидышам и врожденным дефектам.
С момента открытия синаптонемного комплекса в 1956 году ученые пытались определить его многочисленные компоненты и их взаимодействие. Их усилия ограничивались законами физики: структура слишком мала для визуализации даже самыми мощными микроскопами.
Теперь исследователи из Стоуэрс, включая Кори Кэхун, Зулина Ю, Ph.D., и Йонгфу Вана, Ph.D., объединили две передовые микроскопические техники:
- Экспансионная микроскопия — увеличивает образцы в несколько раз.
- Структурированная подсветка (SIM) — использует компьютеры для захвата того, что не видит человеческий глаз.
Это позволило получить изображение этой загадочной структуры. Результаты, опубликованные 31 июля 2017 года в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences, оказались неожиданными.
"Структура была намного сложнее и красивее, чем мы могли себе представить", — говорит Р. Скотт Хоули, Ph.D., ведущий автор исследования. — "Мы думали, что она похожа на железнодорожный путь, но обнаружили, что это скорее два пути, один поверх другого. Это меняет наше представление о структуре и ее функции".
Роль в мейозе:
В мейозе клетка копирует все хромосомы, спаривает их, а затем делит на яйцеклетки или сперматозоиды. Синаптонемный комплекс — это сборка белков, которая формируется между спаренными гомологичными хромосомами и удерживает их правильно выровненными. Ошибки во время мейоза — ведущая причина выкидышей у людей.
Методология прорыва:
- Образцы комплекса были взяты из яичников плодовых мушек.
- Образцы поместили в специальный гель, добавили жидкость и наблюдали их четырехкратное увеличение.
- Увеличенные образцы изучили с помощью супер-разрешающей микроскопии SIM.
Ключевое открытие:
Структура оказалась разделена на два идентичных слоя, неразличимых при более низком разрешении. Комплекс соединяет две гомологичные хромосомы, каждая из которых состоит из двух сестринских хроматид. Исследователи показали, что комплекс использует двухуровневый подход, чтобы соединять две верхние и две нижние хроматиды по отдельности.
Была создана компьютерная модель структуры, показывающая спирали ДНК, соединенные двумя наборами "железнодорожных путей", состоящих из четырех известных белков комплекса. Вероятно, в структуре присутствует еще много неизвестных белков.
"Это был невероятный прорыв, технический скачок... Структура дает так много информации о функции", — заключает Хоули.