Ученые из университета Массачусетса в Амхерсте (США), под руководством ассистента-профессора Томаса Марески (Thomas Maresca) измерили величину силы, двигающей хромосомы во время деления клеток. Статью об этом, опубликованную в журнале Nature Communications, пересказывает пресс-релиз университета.

Когда клетка делится, хромосомы выходят из ядра и выстраиваются в линию с помощью т. н. «веретена деления», состоящего из микротрубочек. Затем хромосомы удваиваются и впоследствии те же микротрубочки «растаскивают» их по разделившимся клеткам. Хромосомы крепятся к трубочкам с помощью специальных белков-кинетохоров. Понять механику этого процесса очень важно, ведь малейшая ошибка в расхождении хромосом при клеточном делении приводит к опасным нарушениям, которые могут вызвать рак. А если речь идет о половых клетках — то тяжелые наследственные заболевания.

Несмотря на это, до сих пор не было сколько-нибудь точных и достоверных оценок величины сил, которые двигают хромосомы во время этого процесса. Ранее выдвигавшиеся оценки отличались в сотни и тысячи раз, что, конечно, совершенно недопустимо в науке. Марески с коллегами, судя по всему, смогли решить эту проблему.

Для этого они в течение трех лет изучили под мощным микроскопом свыше 3 тыс. веретен деления. К кинетохорам в них исследователи прикрепляли флюоресцентные молекулы-индикаторы двух типов. Молекулы первого начинали светить ярче, когда к кинетохору прикладывалось давление, в то время, как молекулы второго типа, напротив, тускнели. Поскольку яркость каждого из типов молекул в нормальных условиях была тщательно откалибрована, сопоставление ее изменений позволяло достаточно точно вычислить величину искомой силы. Она оказалась порядка сотни пиконьютонов (пН) — в масштабах клетки это много.

Наблюдения дали и еще некоторые результаты. Во-первых, оказалось, что эта сила исходит именно от нанотрубок. Во-вторых, действует она медленно, но планомерно.

«В клетках есть много разных движущих сил, многие из них похожи на спринтеров. Но та, что измеряли мы — скорее как бульдозер: она прикладывает большую силу медленно, но на постоянной основе».

Источник: Научная Россия

 Учёные разгадали загадку, откуда взялось несколько видов центромер, за которые клетка растаскивает хромосомы по полюсам деления при размножении.

Во время деления перед клеткой стоит сложная задача: правильным образом распределить хромосомы между дочерними клетками. В зависимости от вида деления (митоз это или мейоз) в дочерние клетки расходятся гомологичные хромосомы или же сестринские хроматиды. Но в любом случае хромосому тащат за центромеру — особую структуру, которая, если нарисовать хромосому в классической Х-образной форме, будет находиться как раз в перемычке икса. Центромера отличается по структуре ДНК и связанных с ней белков от остальной хромосомы. Хотя в целом принцип упаковки ДНК здесь соблюдён: нить нуклеиновой кислоты наматывается на «шайбу» из белков гистонов, формируя элементарную единицу строения хромосомы — нуклеосому.

При делении к центромере крепятся особые молекулярные «канаты», которые начинают тянуть хромосому (или хроматиду) к полюсам деления. Понятно, что от строения центромеры зависит весьма много: неправильная центромера может стать причиной неправильного расхождения хромосом, а это чревато самыми разными болезнями, от синдрома Дауна до рака. Однако, хотя клеточное деление — один из самых интенсивно изучаемых феноменов, до сих пор учёные не имели единого мнения о структуре центромеры. Было известно, что в состав центромерной нуклеосомы входит особая модификация гистона H3. С другой стороны, по разным данным у центромер насчитали шесть разных структур. Вопрос о том, как они соотносятся друг с другом и с клеточным делением, долгое время был большой головной болью для клеточных биологов.

Учёным из Института медицинских исследований Стауэрса (США) удалось раскрыть эту загадку. По их словам, в ходе деления центромера просто меняет структуру, и, рассматривая клетку на разных этапах клеточного цикла, действительно можно насчитать несколько разных центромер. Выяснить это удалось с помощью остроумного методического решения. Исследователи работали с дрожжевыми клетками, у которых в состав центромеры входит гистон Cse4. Чтобы можно было наблюдать за его судьбой, к нему пришили зелёный флюоресцирующий белок. Но исследователи не просто наблюдали за светящимися точками в дрожжевых клетках: они сравнивали интенсивность светимости на разных этапах клеточного цикла.

У дрожжей 16 хромосом, и если в каждой из них есть по центромере, а в каждой центромере сидит по одной копии Cse4, то суммарная светимость клетки должна быть в 16 раз больше, чем светимость одной молекулы Cse4 со светящимся белком. Так и было до того момента, когда клетка начала непосредственно делиться. А когда хромосомы стали расходиться по полюсам, светимость клетки возросла ещё вдвое (то есть она светилась в 32 раза сильнее, чем одна молекула белка).

Иными словами, как пишут исследователи в журнале Cell, центромера обладает переменной структурой, причём эта переменность проявляется, казалось бы, в самый неподходящий момент. Это можно сравнить с тем, как если бы кран поднимал бетонную плиту вместе со строителями, а те вдруг решили поменять крепления между подъёмным тросом и плитой. В случае с центромерой один из белков нуклеосомного комплекса уходит, и на его место приходит ещё одна копия Cse4. После распределения хромосом одна молекула Cse4 покидает центромеру.

Похожие результаты, но с клетками человека были получены группой учёных из Национального онкологического института (США), которые опубликовали свои данные в том же журнале. То есть такие преобразования центромер не есть особенность дрожжей, а свойственны, скорее всего, самым разным организмам и типам клеток. Очевидно, у клетки есть причины для того, чтобы так усложнять себе жизнь. Пока же учёные радуются разрешению важной загадки, связанной с клеточным делением. Возможно, теперь станет ясным механизм некоторых аномалий развития: чтобы хромосомы разошлись неправильно, клетке нужно лишь забыть поменять перед делением один белок центромеры на другой.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА