Ядерная мембрана ремонтирует «тёмную материю» ДНК

Учёные обнаружили новую функцию ядерной мембраны — оболочки, которая заключает и защищает ДНК в ядре клетки. Она устраняет потенциально фатальные разрывы в нитях ДНК.

Ранее считалось, что ядерная мембрана — это в основном просто защитный пузырь вокруг ядерного материала. Однако в исследовании, опубликованном 26 октября в Nature Cell Biology, группа под руководством Ирен Чиоло описала, как разорванные нити участка ДНК, известного как гетерохроматин, перемещаются к ядерной мембране для ремонта.

ДНК в ядре клетки существует в двух формах: эухроматин и гетерохроматин. Эухроматину уделяется всё внимание, так как он кодирует большую часть генома. Гетерохроматин, состоящий в основном из повторяющихся последовательностей ДНК, долгое время игнорировался как «мусорная ДНК».

«Учёные только начинают уделять много внимания этой загадочной части генома, — сказала Чиоло. — Гетерохроматин не только важен для поддержания хромосом во время деления клетки; он также создаёт специфические угрозы стабильности генома. Гетерохроматин потенциально является одной из самых мощных движущих сил образования рака, но это «тёмная материя» генома. Мы только начинаем понимать, как здесь работает репарация».

Причина, по которой мы не испытываем тысячи случаев рака ежедневно, — невероятно эффективные молекулярные механизмы, которые устраняют частые повреждения нашей ДНК. Но те, что работают в гетерохроматине, весьма необычны.

«Повторяющиеся последовательности имеют тенденцию рекомбинировать друг с другом во время репарации ДНК, — сказал Тхэхён Рю, первый автор исследования. — Это привело бы к хромосомным аберрациям, как часто наблюдается в раковых клетках. Что предотвращает эти исходы в нормальных клетках, было неясно».

«Мы знали, что дисфункции ядерной мембраны распространены в раковых клетках, — сказала Чиоло. — Наши исследования теперь показывают, как эти дисфункции могут влиять на репарацию гетерохроматина и иметь причинную роль в прогрессировании рака».

Работая с плодовой мушкой Drosophila melanogaster, команда наблюдала, что разрывы в гетерохроматине восстанавливаются после перемещения повреждённых последовательностей от остальной части хромосомы к внутренней стенке ядерной мембраны. Там трио белков устраняет разрыв в безопасной среде, где он не может случайно запутаться с неправильными хромосомами.

Это исследование может помочь понять, как и почему организмы становятся более предрасположенными к раку с возрастом — ядерная мембрана постепенно ухудшается по мере старения организма, устраняя этот бастион против нестабильности генома.

Далее Чиоло, Рю и их коллеги исследуют, как осуществляется и регулируется движение разорванных последовательностей, и что происходит в клетках и организмах, когда этот мембранный механизм репарации выходит из строя. Их конечная цель — понять, как этот механизм функционирует в человеческих клетках, и определить новые стратегии для предотвращения их катастрофического отказа и образования рака.