Открыт новый механизм сегрегации хромосом при делении клетки
При делении клеток хромосомы должны равномерно распределяться между дочерними клетками. Это важно для точной передачи генетической информации. Нарушения этого процесса могут приводить к гибели клеток (апоптозу) или заболеваниям, таким как синдром Дауна и рак. Для равного деления веретено деления должно прикрепиться к специфической области хромосомы — центромере. Для правильного присоединения необходимо, чтобы часть хромосомы имела особую структуру — гетерохроматин. Однако механизм её формирования был недостаточно изучен.
Совместное исследование Университета Кумамото, Университета Осаки и Национального института фундаментальной биологии Японии на дрожжах Schizosaccharomyces pombe показало, что некоторые последовательности РНК, называемые интронами, способствуют формированию гетерохроматина.
Ранее считалось, что интроны, которые вырезаются из РНК после транскрипции, не имеют особой функции. Это открытие показало, что интроны играют критически важную роль в сегрегации хромосом. Результаты могут помочь в изучении механизмов развития заболеваний, вызванных аномалиями числа хромосом, таких как синдром Дауна.
Роль центромеры и гетерохроматина
Центромера хромосомы — это область, где формируется кинетохор, соединяющий хромосому с веретеном деления. ДНК центромер дрожжей и человека формирует гетерохроматиновую структуру, в которой транскрипция подавлена. Известно, что формирование этой структуры необходимо для образования кинетохора.
Модельный организм — дрожжи
Дрожжи S. pombe — одноклеточный эукариот, часто используемый в молекулярной биологии как модельный организм из-за простоты генетических манипуляций. У этих дрожжей 40% генов содержат интроны (для сравнения, у других дрожжей — около 4%), что делает их более похожими на человека, у большинства генов которого также есть интроны. Интересно, что некодирующая РНК, транскрибируемая с центромеры, необходима для формирования гетерохроматина в самой центромере.
Функция интронов — новое понимание
У высших эукариот, таких как человек, гены прерываются интронными последовательностями. Эти последовательности транскрибируются с ДНК в РНК, а затем вырезаются в ядре (процесс сплайсинга). Традиционно интроны считались бессмысленными последовательностями.
Группа профессора Токио Тани из Университета Кумамото обнаружила, что мутация в белке Prp16, участвующем в сплайсинге, делает невозможной точную сегрегацию хромосом при делении клетки. Исследование показало, что у мутантов по сплайсингу гетерохроматин в области центромеры не формируется нормально.
Анализ причин этого нарушения выявил, что:
- Интроны присутствуют в некодирующей РНК, транскрибируемой с центромер.
- Искусственное удаление этих интронов вызывает аномалии в формировании гетерохроматина.
- Факторы сплайсинга и факторы формирования гетерохроматина взаимодействуют друг с другом.
- Факторы сплайсинга собираются на интронах некодирующей РНК из центромерной области, формируя платформу для продвижения образования гетерохроматина.
Значение открытия
Это исследование впервые показало, что интронные последовательности, ранее считавшиеся бесполезными, выполняют важную функцию — контролируют формирование гетерохроматина в центромерах хромосом.
«Мы также обнаружили, что ингибирование экспрессии факторов сплайсинга вызывает аномалии сегрегации хромосом в человеческих клетках, и выяснили возможность существования аналогичного механизма у человека», — сказал профессор Тани.
Результаты этой работы могут быть полезны для выяснения механизма возникновения заболеваний, вызванных аномалиями числа хромосом, и, возможно, приведут к разработке методов лечения в будущем.