Устойчивость механизма разделения хромосом в клетках обеспечивается натяжением по принципу «пальцевой ловушки»

Учёные обнаружили удивительно простой способ, которым клетки стабилизируют свой механизм для разведения хромосом. Результаты опубликованы 25 ноября в журнале Nature.

Когда клетка готовится к делению, эта стабильная конфигурация позволяет точно разделить и распределить её генетический материал. В противном случае возникают проблемные клетки, например, раковые.

Ошибки в движении хромосом во время деления клетки могут привести к рождению детей с генетическими заболеваниями, такими как синдром Дауна, при котором клетки имеют лишнюю копию 21-й хромосомы.

«Бросающейся в глаза чертой раковых клеток является то, что они содержат неправильное количество хромосом, поэтому крайне важно понять, как контролируется их разделение», — отметила один из старших авторов исследования Сью Биггинс.

Машина внутри клеток, которая перемещает хромосомы, называется кинетохором. Кинетохоры появляются на хромосомах и прикрепляются к динамическим филаментам (микротрубочкам) во время деления клетки. Рост и укорочение филаментов тянут кинетохоры и хромосомы, пока они не разделятся.

«Кинетохор — одна из крупнейших клеточных машин, но ранее его никогда не выделяли», — сказала Биггинс. — «Наши лаборатории впервые выделили эти машины. Это позволило нам проанализировать их поведение вне клетки и выяснить, как они контролируют движение».

«Мы показали, что связи между кинетохорами и филаментами микротрубочек становятся более стабильными, когда они находятся под напряжением», — отметил доктор Чарльз «Чип» Эсбери, старший автор статьи.

Эсбери сравнил стабилизирующее натяжение на филаменте с китайской игрушкой-ловушкой для пальцев: чем сильнее вы пытаетесь вытянуть пальцы, тем крепче она их сжимает.

Это натяжение помогает хромосомам разделяться согласно плану. Когда деление клетки приближается, формируется митотическое веретено. Когда пары хромосом правильно подключены к веретену, кинетохор оказывается под механическим напряжением, и связь стабилизируется, подобно закреплению груза путём натяжения верёвок с обеих сторон.

С другой стороны, если пара хромосом присоединена неправильно, кинетохоры не испытывают полного натяжения. Связи нестабильны и быстро разрываются, давая ещё один шанс для формирования правильных соединений. Кинетохоры — не просто соединители, но и регуляторные центры. Они чувствуют и исправляют ошибки прикрепления.

Исследовательская группа провела это исследование, используя методы манипулирования отдельными молекулами, чтобы увидеть, как они работают. Эти методы позволяют учёным проводить измерения, невозможные в живых клетках. Нативные частицы кинетохора были очищены из клеток дрожжей-почкования.

Очистка кинетохоров позволила команде впервые напрямую измерить силу связи между отдельными частицами кинетохора и динамическими микротрубочками.

Результаты этого исследования вносят вклад в более широкие усилия по пониманию загадочного явления, от которого зависит вся жизнь: как создаются движение и сила, чтобы развести дублированные хромосомы перед делением клеток?