Мутация и 3D-моделирование раскрывают новую структуру процесса деления клетки

Деление клетки — один из фундаментальных процессов биологии. Перед делением клетка создает две копии каждой хромосомы (сестринские хроматиды), которые должны разойтись к противоположным концам ядра. Новое исследование Окинавского института науки и технологий (OIST), опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ставит под сомнение ключевой аспект общепринятой модели этого процесса.

Исследование сосредоточено на белковом комплексе когезине, который удерживает сестринские хроматиды вместе до начала деления. Считается, что когезин имеет форму кольца, охватывающего хроматиды. Его высвобождение запускает фермент Cut1, который "разрывает" это кольцо.

Ученые OIST (доктора Синья Сюй и Норихико Накадзава, группа профессора Мицухиро Янагиды) провели эксперимент с мутациями гена Cut1 в клетках дрожжей Schizosaccharomyces pombe (делящиеся дрожжи):

• Первая мутация нарушила работу фермента Cut1, и деление клеток остановилось, как и ожидалось.
• Однако вторая, "отменяющая" мутация, которая теоретически должна была восстановить способность Cut1 разрывать кольцо, не сработала. Клетки с обеими мутациями по-прежнему не могли разрушить когезин.

Этот неожиданный результат заставил ученых усомниться в кольцевой структуре когезина. Если бы он был кольцом, хроматиды должны были высвободиться после второй мутации.

Анализ генома показал, что мутации возникали в областях когезина, известных как "головка" и "шарнир", которые, как считается, находятся на противоположных сторонах гипотетического кольца. Геномные данные предполагали, что эти области могут располагаться рядом друг с другом, что делает кольцевую конфигурацию маловероятной.

Исследователи предложили новую модель "удержания и высвобождения", в которой когезин похож на челюсть, которая захватывает хроматиды, а затем открывается, чтобы их отпустить, без необходимости разрывать комплекс.

На основе последовательностей "головки" и "шарнира" была создана 3D-компьютерная модель комплекса. Модель подтвердила, что вторая мутация не может разрушить когезин, что согласуется с экспериментальными наблюдениями и поддерживает идею об отсутствии кольцевой формы.

Новая модель также хорошо согласуется со старыми изображениями когезина, полученными с помощью атомно-силового микроскопа (Atomic Force Microscope, AFM), которые показывали "головастикообразную" форму молекулы (широкий один конец, сужающийся к тонкому противоположному), длина которой была вдвое меньше ожидаемой для кольца.

Ученые пока не имеют достаточных доказательств, чтобы окончательно определить форму когезина, и не знают, как именно он связывается с хроматином. Дальнейшие исследования могут не только подтвердить новую теорию, но и углубить понимание заболеваний, вызванных аномальным делением клеток.