На перекрестке хромосом: определена структура ключевой молекулы клеточного деления

Хромосома человека с обычными нуклеосомами, содержащими основную форму гистонов (зеленые), и локализация варианта гистона Н3 центромеры - CENP-A (красные). (Credit: Ben E. Black, University of Pennsylvania School of Medicine)

В течение дня в организме человека делится в среднем сто миллиардов клеток. В большинстве случаев все проходит нормально, но иногда проблемы в репликации клеток приводят к хромосомным аномалиям, в результате чего развиваются различного рода заболевания – от рака до синдрома Дауна.

Ученые из Школы медицины Университета Пенсильвании (University of Pennsylvania's School of Medicine) определили структуру ключевой молекулы, играющей центральную роль в том, как дуплицируется и затем распределяется между двумя дочерними клетками ДНК, приводя к образованию двух точных копий материнской клетки. Без этой молекулы во время клеточного деления могут быть потеряны целые хромосомы.

Адъюнкт-профессор кафедры биохимии и биофизики доктор философии Бэн Блэк (Ben Black) и постдокторант его лаборатории доктор философии Николина Секулик (Nikolina Sekulic) описали структуру молекулы CENP-A, структурирующей часть хромосомы, называемую центромерой, в статье, опубликованной в журнале Nature. Центромера – ограниченная область хромосомы, с которой тесно взаимодействуют специальные молекулы, называемые волокнами веретена деления, помогающие разделению дочерних клеток во время деления клетки.

«Мы получили первое изображение с высоким разрешением молекул, управляющих наследованием генетической информации при делении клетки», - говорит Блэк. «Это большой шаг вперед к решению головоломки, над которой ученые бьются уже более 150 лет».

В течение последних 15 лет уже известно, что клеточное деление скорее регулируется эпигенетическими процессами, серией действий, оказывающих влияние на белковую «катушку», на которую плотно намотана ДНК, чем закодировано в последовательностях самой ДНК. «Катушки» состоят из гистоновых белков, и химические изменения в этих белках могут либо усилить, либо ослабить их взаимодействие с ДНК. Эпигенетика изменяет считывание генетического кода, в некоторых случаях влияя на экспрессию генов. В случае центромеры эпигенетические изменения помечают сайт, у которого независимо от основной последовательности ДНК прикрепляются волокна веретена деления. Молекула CENP-А, предположительно, является ключевым эпигенетическим белковым маркером.

Однако каким образом CENP-A помечает центромеры оставалось загадкой. Группа Блэка обнаружила структурные особенности, придающие CENP-А способность отмечать локализацию центромеры на каждой хромосоме. Это важно, так как при клеточном делении без молекулы CENP-A или без метки, определяющей локализацию созданной ею центромеры, теряется вся хромосома и все находящиеся в ней гены.