Как микротрубочки отпускают хромосомы при делении клетки

Исследователи из Института Уайтхеда определили ключевой механизм, с помощью которого клетки регулируют связь хромосом с микротрубочками. Этот процесс критически важен для правильного распределения хромосом при делении клетки.

«Это контрольная система, которая следит за тем, чтобы хромосомы правильно делились между клетками», — говорит член Института Уайтхеда Иэн Чизмен.

Результаты опубликованы в журнале Molecular Cell.

Во время деления ДНК клетки конденсируется в X-образные пары хромосом, которые выстраиваются по центру клетки. В месте перекрещивания «рук» X каждая хромосома имеет два кинетохора — белковых комплекса, которые обеспечивают прикрепление микротрубочек. По мере деления эти микротрубочки тянут правую или левую половину каждой хромосомы к полюсам веретена, разделяя их по разные концы клетки.

В этом процессе часто возникают ошибки. Микротрубочка, растущая от полюса, может неправильно прикрепиться к кинетохору. В таком случае клетке необходимо обнаружить ошибку, отсоединить проблемную микротрубочку и прикрепить её заново правильно. Если проблема не устранена, хромосомы делятся неравномерно, что приводит к образованию клеток с неправильным числом хромосом. Это может вызвать рак или гибель клетки.

Для исправления ошибок прикрепления клетки используют систему фосфорилирования — добавления фосфатной группы к определённым белкам, — которая контролирует, останется ли микротрубочка связанной с кинетохором.

Согласно статье в Molecular Cell, фермент Aurora B находится внутри внутреннего кинетохора и добавляет фосфаты к ключевому компоненту кинетохора — KMN-сети, которая непосредственно связывается с микротрубочкой.

Способность Aurora B фосфорилировать молекулу ослабевает с увеличением расстояния до неё. Если микротрубочка прикреплена правильно, её натяжение оттягивает KMN-сеть дальше от Aurora B, что снижает уровень её фосфорилирования. При неправильном прикреплении KMN-сеть остаётся близко к Aurora B, что поддерживает её в фосфорилированном состоянии. Это дестабилизирует связь с микротрубочкой и позволяет ей отсоединиться, чтобы попытаться снова.

KMN-сеть состоит из нескольких субъединиц, расположенных на разном расстоянии от Aurora B. Каждая субъединица может фосфорилироваться отдельно, что позволяет системе работать не как выключатель, а как диммер.

«Это очень чувствительная система, которая позволяет клетке динамично реагировать на различные проблемы прикрепления», — говорит Джули Уэлберн, первый автор статьи и постдок в лаборатории Чизмена.

Но для работы системы фосфаты также необходимо удалять с KMN-сети, чтобы позволить формироваться новым связям. В недавней статье в Journal of Cell Biology лаборатория Чизмена в сотрудничестве с учёными из Университета Пенсильвании показала, что другой фермент, протеинфосфатаза 1 (PP1), противодействует активности Aurora B. При увеличении натяжения от правильно прикреплённой микротрубочки одна из субъединиц KMN-сети рекрутирует PP1. PP1 удаляет фосфаты, добавленные Aurora B, тем самым стабилизируя связь. Однако сам рекрутинг PP1 к кинетохорам контролируется активностью Aurora B.

«По-моему, это очень круто, что процесс — не просто перетягивание каната между добавлением и удалением фосфата, — говорит Чизмен. — Но и сам PP1 чувствителен к общему уровню активности Aurora B. Чем выше активность Aurora B, тем ниже активность PP1, и наоборот. Это создаёт баланс между ними, позволяя быстро переключаться между высоким фосфорилированием и его отсутствием».

Хотя две статьи проясняют некоторые аспекты взаимодействия, картина ещё не полная.

«Мы постепенно находим другие мишени в этом процессе и всё лучше понимаем, как этот механизм исправляет прикрепление микротрубочек», — говорит Уэлберн.