Как хромосомы точно разделяются: молекулярные «ножницы» пойманы за работой

Клеточное деление — процесс исключительной точности: в каждом цикле генетический материал должен равномерно распределиться между двумя дочерними клетками. Для этого дуплицированные хромосомы, называемые сестринскими хроматидами, временно связаны когезином — кольцеобразным белковым комплексом, который удерживает их вместе до момента разделения.

Исследователи из Женевского университета (UNIGE) в сотрудничестве с Национальным институтом рака (NCI) и Калифорнийским университетом в Сан-Франциско (UCSF) раскрыли механизм, с помощью которого сепараза — молекулярные «ножницы», ответственные за это расщепление, — распознает и разрезает когезин.

Их выводы, опубликованные в Science Advances, проливают новый свет на ошибки сегрегации хромосом, которые могут привести к некоторым формам рака.

Перед делением клетки её хромосомы дуплицируются. Эти идентичные копии, сестринские хроматиды, удерживаются вместе когезином — кольцеобразной структурой из нескольких белков, предотвращающей преждевременное разделение.

Когда клетка готова делиться, сепараза, специализированный фермент, расщепляет одну из субъединиц когезина — белок SCC1, что позволяет хроматидам разделиться, а генетическому материалу — равномерно распределиться между двумя дочерними клетками. Любой сбой в этом процессе может нарушить стабильность генома, потенциально приводя к серьёзным заболеваниям, включая рак.

Команда под руководством профессора Андреаса Боланда из Департамента молекулярной и клеточной биологии UNIGE сосредоточилась на понимании того, как сепараза распознает и расщепляет свои мишени. В сотрудничестве с NCI и UCSF исследователи определили структуру комплекса, образованного человеческой сепараза и SCC1.

Первая структурная карта человеческой сепаразы

Используя крио-электронную микроскопию (cryo-EM) — передовую технику, позволяющую визуализировать биологические образцы в их нативном состоянии с почти атомарным разрешением, — команда зафиксировала взаимодействие между сепараза и SCC1 и идентифицировала точные сайты расщепления на белке.

«Хотя два сайта расщепления сепараза в SCC1 были идентифицированы ранее, наше исследование определяет правильное местоположение этих сайтов», — объясняет Цзюнь Юй, научный сотрудник UNIGE и соавтор исследования.

Биохимический и структурный анализ также выявил несколько «докинговых сайтов» на поверхности сепаразы, обеспечивающих высокоаффинное связывание SCC1 с сепараза перед расщеплением. Эти точки контакта включают пять фосфат-связывающих сайтов, которые распознают фосфорилированные остатки на SCC1.

«Наши эксперименты по аффинности показали, что эти взаимодействия фосфат-сепараза стабилизируют комплекс и ускоряют расщепление SCC1, обеспечивая быстрое и точное разделение хромосом», — отмечают София Шмидт и Маргерита Ботто, соавторы исследования.

Шаг вперёд в понимании нарушений клеточного деления

«Наша работа предоставляет обширную функциональную и структурную основу для понимания того, как регулируется сепараза и как она распознаёт свои субстраты», — заключает Андреас Боланд, руководивший исследованием.

Эти открытия прокладывают путь для будущих исследований по дизайну лекарств, направленных на контроль активности сепаразы. Молекулярные инсайты, предоставленные этим исследованием, могут в конечном итоге привести к разработке специфических ингибиторов, способных блокировать расщепление когезина сепараза и, как следствие, неконтролируемое деление клеток — ключевую особенность развития рака.