Ученые показали, как перестраиваются хромосомы после клеточного деления

Исследователи выявили механизмы фундаментальной активности в клеточной биологии.

Ученые действительно открыли ключевые механизмы и структурные подробности фундаментального биологического процесса — как ядро клетки и его хромосомный материал перестраиваются после деления.

Новые знания о хромосомной архитектуре и функции могут предоставить новые важные сведения о человечеком здоровье и заболеваниях.

— Во время митоза, когда клетка делится на две дочерних, практически все гены временно отключаются, а сложные структуры в хроматиновых волокнах — веществе в составе хромосом — разрушаются, сообщил руководитель исследования доктор Герд Блобель из детской больницы Филадельфии. — После митоза дочерние клетки восстанавливают хроматиновые структуры в каждом клеточном ядре.

В исследовании, опубликованном в Nature, Блобель с коллегами описали биологические структуры и динамические силы, которые приводят к перестройке хромосом после митоза.

Блобель отметил, что несмотря на критическую важность клеточного цикла, в котором клетки растут и делятся, ранее лишь немногие ученые исследовали механизмы восстановления хроматина.

— В биологии вопрос о том, как именно организован геном в ядре, открыт давно. Если ДНК одной клетки размотать в прямую линию, длина достигнет двух метров. Два метра ДНК заключены в крошечном ограниченном пространстве — все это должно быть упаковано на высочайшем уровне, заявил Блобель.

Исследователи провели эксперименты на кроветворных клетках идеально подходящей мышки. В работе использовались сложные методики под названием высокоэффективное определение конформации хромосом, которое обнаруживает и размечает взаимодействия в трехмерном пространстве между определенными местами в хромосомной ДНК. Такая разметка позволила ученым измерять взаимодействия на разных этапах клеточного цикла.

Всего удалось выявить примерно 2 млрд взаимодействий во время митоза и после него, когда перестраиваются ядра дочерних клеток.

Исследование показало формирование структур в хроматине: появление и расширение транскрипционно активных и молчащих отделений, формирование контакта между регуляторными областями генома, и изменения в так называемых архитектурных белках — CTCF и когезине, которые помогают создавать геном.

— Наши результаты описывают динамическую иерархическую структуру цикла, в ходе которого хромосомы перестраиваются после митоза, поделился Блобель.

Помимо описания ключевого для клеточной биологии процесса ученые обратили пристальное внимание на сложное взаимодействие между архитектурой хроматина и транскрипцией генов.

Транскрипция, то есть преобразование закодированной в ДНК информации в ее эквивалент в РНК, во время митоза временно прекращается, но в дочерних клетках затем возобновляется вновь.

Поскольку генные мутации, которые нарушают нормальную геномную архитектуру или транскрипцию, могут сыграть ключевую роль в развитии болезней, улучшение понимания архитектуры хроматина имеет важнейшее клиническое значение.

В качестве примера ученые исследовали когезинопатии — дефекты когезина, которые служат причиной развития полтипов мультсистемных генетических расстройств, таких как синдром Корнелии-де Ланге.

— Аномалии в связанных с хроматином структурах имеют отношение к развитию патологий, а потому одно из следствий нашего исследования состоит в том, что болезни, влияющие на структуры хроматина, необходимо рассматривать через призму клеточного цикла, отметил Блобель.

Новое исследование, таким образом, дает важную информацию о фундаментальных аспектах ключевого биологического процесса — организации хроматина в пространстве и времени, заключил ученый.