Механизм рекомбинации — часть структуры хромосомы
Исследовательская группа Франца Кляйна, профессора генетики из Max F. Perutz Laboratories Венского университета, с помощью современных технологий проанализировала с высоким разрешением процесс разрыва и перестройки хромосом во время мейоза — специализированного деления клеток при образовании половых клеток (гамет). Результаты, опубликованные в журнале Cell, дают новое понимание механизмов мейоза.
Загадка мейоза
Мейоз необходим для полового размножения, так как приводит к образованию гамет с одинарным (гаплоидным) набором хромосом. При оплодотворении наборы от сперматозоида и яйцеклетки объединяются, восстанавливая двойной (диплоидный) набор у эмбриона. Ключевой этап — рекомбинация, обмен участками между материнскими и отцовскими хромосомами, что обеспечивает правильное распределение хромосом по дочерним клеткам.
Нановидение хромосомы
Учёные создали высокодетальную карту хромосом, пометив сайты взаимодействия с белковым комплексом, который инициирует рекомбинацию путём разрыва ДНК. Использование технологии ДНК-микрочипов позволило достичь нанометрового разрешения. Неожиданным открытием стало то, что этот «разрывающий ДНК» комплекс жёстко ассоциирован с осевыми регионами хромосомы, а не находится в растворимом состоянии.
Одноразовые машины
Ранее было известно, что каждый комплекс, создающий разрыв ДНК, работает лишь один раз, и что появление одного разрыва препятствует возникновению других поблизости. Новые данные объясняют этот феномен: комплексы закреплены на определённых участках. «Локально закреплённая машина "выстрелила", и другие машины не могут попасть туда, так как сами заякорены в других регионах хромосомы», — поясняет Франц Кляйн.
Когда хромосомы теряют форму
Здоровые хромосомы в мейозе образуют петли ДНК, соединённые белковой осью. Мутации, нарушающие эту структуру, влияют на функцию комплексов разрыва ДНК. Оказалось, что эти комплексы должны заякориваться между петлями на хромосомной оси. Если окружение из петель меняется, комплексы закрепляются в других регионах или теряют функциональность.
Гиперактивная сестра
Сестринские хроматиды тесно связаны, как сиамские близнецы, вдоль хромосомной оси — именно там закреплены комплексы разрыва. Особенность мейоза — формирование вдоль оси зоны, ингибирующей рекомбинацию с сестринской хроматидой. Учёные предполагают, что заякоренные комплексы создают разрыв прямо внутри этой запретной зоны. Это может привлекать петлю сестринской хроматиды, которая остаётся «в ловушке» зоны ингибирования, в то время как второй конец разрыва отправляется на поиск гомологичной отцовской хромосомы.
«У нас есть свидетельства многих деталей этого сценария. Но самое главное — ингибирование участия сестры нарушается, если закрепление комплексов разрыва ДНК дефектно. Это указывает, что заякоривание может быть ключевым механизмом контроля сестринской хроматиды. Результат гиперактивности сестры в репарации разрывов во время мейоза — гибель или серьёзные нарушения у развивающегося эмбриона», — заключает Франц Кляйн.