Исследование, проведённое в НИИ биомедицины в Барселоне (Испания), выявило решающую роль, которую играет белок Nek9 в клеточном делении — фундаментальном процессе, обеспечивающем развитие всего организма и здоровье его тканей.

Веретено деления: микротрубочки выделены красным, ДНК — синим, центросомы — жёлтым. (Микрофото S. Sdelci / IRB Barcelona.)В частности стало понятно, что присутствие Nek9 в клетке совершенно необходимо для того, чтобы она смогла разделить хромосомы на две идентичные группы (обязательное условие нормального клеточного деления). Ошибки, возникающие при этом, приводят к спонтанным выкидышам и генетическим дефектам (если выкидыш все-таки не случился) вроде трисомии . Кроме того, они напрямую связаны с развитием самых разнообразных злокачественных опухолей.

В своей работе испанцы сфокусировались на первой стадии деления клеточных ядер — митозе. Процесс распределения хромосом требует развития специального белкового аппарата, который разделит две копии генетического материала таким образом, что две вновь образовавшиеся клетки унаследуют одинаковое содержание. Протеин Nek9 участвует в приготовлении центросом, органелл, вовлечённых в организацию развития митотического веретена (веретена деления), которое состоит из микротрубочек . Именно веретено вместе с несколькими «моторами» растаскивает хромосомы на пару одинаковых групп.

Авторы работы обнаружили, что Nek9 модифицирует и контролирует NEDD1 , а через него — молекулу, участвующую в образовании новых микротрубочек, жизненно необходимых для приготовления митотического веретена. Без Nek9 веретено не сформируется надлежащим образом, и клеточное деление сильно затруднится. В результате клетка либо погибнет, либо поделится, образовав две новые клетки с неравномерным распределением хромосом, а это ситуация, которая часто наблюдает в клетках опухоли.

Одна из основных стратегий в борьбе с развитием злокачественных опухолей заключается в разработке препаратов, способных прерывать процесс деления клеток. Сейчас созданы и проходят клинические испытания лекарства, ингибирующие деятельность таких генов, как Plk1 , Aurora и Eg5. Авторы исследования прозрачно намекают разработчикам противораковых средств на то, что Nek9 по роду деятельности находится между Plk1 и Eg5, где последний играет роль белкового мотора. Впрочем, стоит напомнить, что, в отличие от таких онкогенов, как Aurora, белок Nek9 необходим для деления не только раковых, но и здоровых клеток. Поэтому воздействие на него приведёт к стрессу всего организма, что может закончиться образованием множественных опухолей, никак не связанных с первичным новообразованием.

Подробнее с работой и всеми полученными результатами можно ознакомиться в журнале Current Biology .

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

 Стволовые клетки крови существуют в двух состояниях — пассивного поддержания собственной численности и активного замещения погибших клеток крови. Учёные выяснили, что переключение между этими их состояниями осуществляется с помощью окружающих костных клеток.

Наши клетки обновляются благодаря стволовым клеткам: они не столь всемогущи, как эмбриональные, но восстановить повреждения органа или ткани вполне способны. Например, гематопоэтические стволовые клетки дают начало нескольким типам клеток кровяных, и без них было бы нельзя восстановиться после кровопотери. Кроме того, не следует забывать о том, что клетки стареют и умирают естественным образом, и в этом случае их тоже нужно постепенно заменять.

Но стволовые клетки должны как-то поддерживать и собственную популяцию, чтобы не израсходоваться целиком на дифференцированные, специализированные клетки. Исходя из этих соображений, была создана модель (получившая экспериментальное подтверждение на стволовых клетках крови), в которой существуют две популяции стволовых клеток. Одни тихо сидят на своём месте и делятся чрезвычайно редко, всего несколько раз в год: они просто поддерживают число стволовых клеток. И есть другие, активные стволовые клетки, быстро делящиеся и восполняющие запас клеток крови. Причём эти виды находятся в разных местах и в разном микроокружении. Активно делящиеся клетки живут в центральной части костного мозга в компании с эндотелиальными и соединительнотканными периваскулярными клетками. Спящие стволовые клетки можно найти в трабекулярных отделах, которые располагаются в концах костей.

Как происходит распределение клеток между этими популяциями? Как стволовая клетка понимает, что она должна сидеть и поддерживать линию стволовых клеток или же устремиться заполнять потерю дифференцированных? Исследователи из Института медицинских исследований Стауэрса (США) смогли увидеть, как и от кого стволовая клетка получает инструкции о своём будущем. Ключевыми тут оказались два белка — Flamingo (Fmi) и Frizzled 8 (Fz8). Первый отвечает за прикрепление клетки к поверхности, второй — мембранный рецептор. И тот и другой входят в разветвлённый сигнальный путь Wnt, с помощью которого регулируется деятельность стволовых клеток кишечника и волосяных сумок.

Оказалось, что непосредственными инструкторами стволовых клеток крови являются остеобласты, молодые костные клетки. В статье, опубликованной в журнале Cell, исследователи описывают, как проходит диалог между двумя типами клеток. Белки Fmi и Fz8 группируются в месте контакта остеобласта и стволовой клетки крови. В результате активируется тот вариант сигнального пути Wnt, который действует на клетки успокаивающе. Мыши, у которых отключали белки Fmi и Fz8, лишались запаса дремлющих столовых клеток, а у их напарников, которые должны были восстанавливать клетки крови, активность подавлялась на 70%.

При стрессе, при уменьшении активно делящихся клеток, наоборот, активизировалась та ветка сигнального пути, которая «будоражит» клетки, и гематопоэтические клетки запаса просыпались и восполняли число тех, кто должен был следить за балансом дифференцированных клеток крови.

Итак, учёным удалось установить, что определяющую роль в судьбе стволовой клетки играет её окружение и инструкции предаются комбинацией двух поверхностных белков. Когда всё нормально, костные клетки успокаивают стволовые клетки крови, и те продолжают спать и во сне поддерживать собственную линию. Ну и, разумеется, есть надежда, что эти данные можно будет реализовать на практике: если научиться переключать сигнальный путь со спящего сценария на активный, можно будет быстро восполнять число клеток крови в случае кровопотери или иммунного расстройства.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

 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