Как сперматозоиды и яйцеклетки получают ровно по 23 хромосомы

Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе обнаружили ключевой механизм, который помогает сперматозоидам и яйцеклеткам развиваться с точным набором в 23 хромосомы. Работа, опубликованная 13 апреля в журнале Cell, может пролить свет на проблемы фертильности, спонтанные выкидыши, рак и нарушения развития.

Здоровые люди имеют 46 хромосом: 23 от сперматозоида и 23 от яйцеклетки. Эмбрион с неправильным числом хромосом обычно отторгается (выкидыш) или развивает такие нарушения, как синдром Дауна, вызванный дополнительной копией 21-й хромосомы.

Во время мейоза — процесса клеточного деления, создающего сперматозоиды и яйцеклетки, — парные хромосомы соединяются и связываются друг с другом посредством кроссинговера. Эти связи необходимы для точной сортировки хромосом и формирования половых клеток с правильным числом хромосом. Кроссинговер также играет фундаментальную роль в эволюции, позволяя хромосомам обмениваться участками ДНК.

Каждая пара хромосом должна иметь хотя бы один кроссинговер, но не более двух на пару, чтобы не дестабилизировать геном.

В статье исследователи описывают «недостающий инструмент», объясняющий, как регулируется кроссинговер. «Должны быть ферменты, которые гарантируют хотя бы один кроссинговер, но не слишком много», — отметил Нил Хантер, старший автор исследования.

Учёные искали у дрожжей (которые образуют половые споры аналогично человеческим сперматозоидам и яйцеклеткам) ферменты, способные разрезать ДНК для формирования кроссинговера. «Недостающим инструментом» оказались три фермента дрожжей: Mlh1, Mlh3 и Sgs1, которые работают вместе, чтобы разрезать ДНК и создавать кроссинговер.

Оказалось, что человеческие аналоги этих ферментов хорошо известны своей ролью в подавлении опухолей:

• MLH1 и MLH3 мутируют при наследственной форме рака толстой кишки.
• BLM (человеческий аналог Sgs1) мутирует при предрасположенном к раку синдроме Блума.

«Sgs1 стал самым большим сюрпризом, — сказал Хантер. — Ранее мы знали его как фермент, который разматывает ДНК, чтобы предотвращать кроссинговер. Его роль в создании кроссинговера была скрыта другими ферментами, которые могут подключаться в его отсутствие».

В отличие от других ферментов, которые разрезают ДНК случайным образом, комплекс Mlh1–Mlh3–Sgs1 создаёт именно кроссинговеры. Эта уникальная активность необходима для мейоза, и её открытие — большой шаг вперёд.