Ошибки при "ловле" хромосом в яйцеклетках

Учёные из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге обнаружили, что механизм, разделяющий хромосомы при формировании яйцеклетки, крайне неточно "вылавливает" их из внутренней среды клетки. Эта неожиданно высокая степень проб и ошибок может объяснить, почему ошибки в числе хромосом в яйцеклетке — основная причина выкидышей, тяжёлых врождённых заболеваний (таких как трисомии, например, синдром Дауна) и важный фактор женского бесплодия. Результаты опубликованы в журнале Cell.

Ненадёжные "удочки"

В ооците (клетке-предшественнице яйцеклетки) необходимо отбросить половину хромосом, оставив только материнскую или отцовскую копию каждой. Для этого волокна микротрубочки действуют как "удочки", прикрепляясь к хромосомам и стягивая их к противоположным сторонам клетки. Однако оказалось, что эти микротрубочки — гораздо худшие "рыбаки", чем ожидалось. Они часто неправильно "зацепляют" хромосому и вынуждены отпускать её снова.

"Мы увидели, что им требуется несколько попыток, чтобы установить правильное соединение. В целом 90% всех хромосом соединяются неправильно, поэтому путь, исправляющий эти ошибки, используется очень интенсивно", — говорит Ян Элленберг, руководивший работой.

Сложная задача и новый метод наблюдения

Сложность в том, что две "удочки", заброшенные с противоположных сторон клетки, должны прикрепиться к материнской и отцовской копиям одной и той же хромосомы. Место прикрепления — кинетохор (белковая структура на хромосоме, подобная магнитику в игрушечной рыбке).

Учёные EMBL впервые отследили движение всех кинетохоров на протяжении всех 8 часов первого деления в мышиных яйцеклетках (очень похожих на человеческие). Высокое разрешение и длительное наблюдение стали возможны благодаря специально разработанному микроскопу, который автоматически находит хромосомы, увеличивает изображение и сканирует только область их нахождения, минимально повреждая клетку.

"Жульничество" и "пояс" хромосом

На видеозаписях с интервальной съёмкой видно, что микротрубочки, подобно детям в магнитной рыбалке, "жульничают": на ранних стадиях деления они взаимодействуют с "плечами" хромосом, подталкивая их в "пояс" вокруг центра веретена деления. Этот "пояс хромосом" наблюдался впервые.

Однако даже он не гарантирует правильного "вылова". Прикрепление к кинетохорам в мейозе (делении, при котором образуются половые клетки) оказалось гораздо более подверженным ошибкам, чем в митозе (обычном делении соматических клеток). Вероятные причины:

• Ооцит — необычно крупная клетка.
• В мейозе микротрубочки исходят примерно из 80 разных точек клетки, а не только из двух полюсов, как в митозе.

Значение для науки и медицины

"Наши результаты дают очень правдоподобное объяснение высокой частоты ошибок при формировании яйцеклетки. Они формируют основу для будущей работы, направленной на изучение возрастного женского бесплодия, поскольку весьма вероятно, что в нём задействован какой-то компонент пути, исправляющего эти ошибки", — заключает Ян Элленберг.