Японские ученые предложили двухэтапный механизм регуляции, который регулирует распределение центромер при делении клетки. Согласно их исследованию, конфигурация центромер в ядре влияет на целостность генома, сообщает Токийский университет. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Plants.
Когда клетка делится, к ее противоположным концам подтягиваются особые хромосомные домены – центромеры. Как только этот процесс завершается и ядро новой клетки сформировано, центромеры распределяются в ядре. Если центромеры, стянутые к двум полюсам, так там и останутся, центромеры будут сгруппированы только с одной стороны ядра. Это неравномерное распределение центромер называется конфигурацией Rabl (на изображении ниже). Если же центромера распределятся более равномерно, говорят о конфигурации не-Rabl (на изображении выше).
«Биологическая функция и молекулярный механизм конфигурации Rabl или не-Rabl были загадкой на протяжении веков, — сказал автор исследования Сатихиро Мацунага, профессор Токийского университета. — Мы успешно раскрыли молекулярный механизм построения конфигурации, отличной от Rabl».
Исследователи изучили растение резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana): и образец, который не имеет конфигурации Rabl, и его мутантную форму с Rabl. Оказалось, что белковые комплексы, известные как конденсин II (CII) и LINC, работают сообща, определяя, как центромерам распределиться во время клеточного деления. То есть «распределение центромер для конфигурации, отличной от Rabl, регулируется независимо комплексом CII-LINC и белком ядерной пластинки, известным как CROWDED NUCLEI (CRWN)», отмечают авторы работы.
На первом этапе механизма, который обнаружили исследователи, комплекс CII-LINC опосредует рассеяние центромер от поздней анафазы к телофазе (эти две фазы приходятся на конец клеточного деления). Второй этап процесса заключается в том, что белки CRWN стабилизируют рассеянные центромеры на ядерной пластинке внутри ядра.
Затем исследователи проанализировали экспрессию генов резуховидки и у ее «мутанта» со структурой Rabl. Поскольку изменение пространственного расположения центромер также меняет пространственное расположение генов, исследователи ожидали найти различия в экспрессии генов, но эта гипотеза не подтвердилась. Тем не менее, при повреждении ДНК у растения с Rabl органы росли медленнее, чем у нормального растения.
«Это говорит о том, что точный контроль пространственного расположения центромер необходим для роста органов в ответ на повреждения ДНК, и нет никакой разницы в устойчивости к факторам повреждения ДНК между организмами с не-Rabl и Rabl», — сказал Мацунага. «Это говорит о том, что соответствующее пространственное расположение ДНК в ядре независимо от конфигурации Rabl важно для реакции на стресс».
Далее ученые планируют найти источник энергии, который изменяет пространственное расположение определенных участков ДНК, и механизма, который распознает конкретную ДНК. «Ожидается, что эта технология позволит создавать стрессоустойчивые организмы, а также придавать им новые свойства и функции за счет изменения пространственного расположения ДНК, а не редактирования ее нуклеотидной последовательности», – заключают ученые.
[Фото: SACHIHIRO MATSUNAGA, THE UNIVERSITY OF TOKYO]
