Как хромосомы объединяются

После более чем столетних исследований загадки все еще остаются в отношении процесса мейоза — особого типа клеточного деления, которое помогает обеспечить генетическое разнообразие в сексуально размножающихся организмах. Теперь исследователи из Института медицинских исследований Stowers проливают свет на ранний и критический этап мейоза. Исследование, которое будет опубликовано в выпуске Current Biology от 8 ноября 2011 года , проясняет роль ключевых хромосомных областей, называемых центромерами, в формировании структуры, известной как синаптонемный комплекс (SC). «Понимание этого и других механизмов, участвующих в мейозе, важно из-за важной роли, которую мейоз играет в нормальном репродукции — и ужасных последствий мейоза, которые пошли наперекосяк», — говорит Р. Скотт Хоули, доктор философии, который возглавлял исследование в Stowers.

«Отказ мейотического отдела, вероятно, является наиболее распространенной причиной самопроизвольного аборта и вызывает ряд врожденных дефектов, таких как синдром Дауна», — говорит Хоули.

Мейоз уменьшает количество хромосом, которые несут обычные клетки человека, наполовину, выделяя точно одну копию каждой хромосомы в каждую яйцеклетку или сперматозоид и, таким образом, обеспечивая передачу нужного количества хромосом от родителя к потомству. И поскольку хромосомы входят в пары — 23 набора у людей — хромосомы должны быть правильно сопоставлены, прежде чем их можно будет разделить.

«Хромосома 1 от твоего отца должна быть в паре с хромосомой 1 от твоей мамы, хромосома 2 от твоего папы с хромосомой 2 от твоей мамы и так далее, — объясняет Хоули, — и это настоящий трюк. Нет места для ошибки; Первый шаг в сопряжении является наиболее важной частью мейотического процесса. Вы ошибаетесь в этой части, а все остальное потерпит неудачу ».

Задача похожа на попытку найти свою половинку в большом магазине. Помогает, если вы помните, что на них надето и какие части магазина они обычно посещают (например, фильмы или телевизоры с большим экраном). Аналогично, хромосомы могут спариваться легче, если они могут распознать своих партнеров и найти их в определенном месте.

«Как только они идентифицируют друг друга в каком-то месте, они начнут процесс, который мы называем синапсисом, который включает в себя построение этой прекрасной структуры — синаптонемного комплекса — и использование ее для формирования тесной ассоциации, которая проходит по всей длине каждой пары хромосомы «, объясняет Хоули.

Некоторые модельные организмы, используемые для изучения мейоза, такие как дрожжи и круглые черви Caenorhabditis elegans, используют концы своих хромосом для облегчения процесса. «Эти организмы собирают все концы хромосом у ядерной оболочки в одну большую группу, называемую букетом, или в группу более мелких кластеров, называемых агрегатами, и это приводит концы хромосом к близости друг к другу», — говорит Хоули. «Это превращает проблему поиска вашего гомолога в этом большом большом ядре в проблему поиска вашего партнера на поверхности ядра».

Но плодовая муха Drosophila melanogaster- модельный организм, в котором мейоз тщательно изучался в течение более чем столетия и который Хоули изучал в течение почти 40 лет, — имеет необычные концы хромосом, которые не поддаются такому же типу кластеризации.

«Таким образом, даже несмотря на то, что исследование мейоза началось у дрозофилы, мы действительно не знали, как хромосомы инициируют синапсис у дрозофилы», — говорит Хоули. «Теперь мы показываем, что вместо того, чтобы кластеризовать их концы хромосом, мухи группируют свои центромеры — высокоорганизованные структуры, которые хромосомы используют для перемещения во время деления клеток. Отсюда биология работает почти так же, как и следовало ожидать: синапс инициируется в центромерах, и он, кажется, распространяется вдоль плеч хромосом «.

Последствия результатов выходят за рамки плодовых мух, поскольку есть некоторые свидетельства того, что синапс начинается у центромер у других организмов. Кроме того, Хоули и соавторы обнаружили, что кластеризация центромер может играть роль позже в мейозе, когда хромосомы отделяются от своих партнеров.

«Есть основания полагать, что некоторые части этого процесса будут, по крайней мере, доступны для изучения и потенциально применимы к людям», — сказал Хоули.

По словам Хоули, эта работа также является примером науки, основанной на открытиях. «На самом деле мы не собирались изучать начало мейоза; мы просто интересовались характеристикой базовой биологии раннего мейоза».

Но постдокторский исследователь и первый автор Сатоми Такео, доктор философии, заметили, что кластеризация центромер и инициация синаптонемного комплекса происходили согласованно, и ее постоянные наблюдения выявили роль центромер в инициации синапса.

«Я уставал уставшими на клетки, которые анализировал», — вспоминает Такео. «Каким-то образом я начал смотреть на пятна, которые ранее игнорировал — возможно, потому что думал, что они были просто фоновым шумом, — пока не увидел связь между кластеризацией центромер и инициацией синапсов. После просмотра множества изображений я написал Скотту электронное письмо со словами: «Это действительно важно, не так ли?» С этим открытием все остальное стало иметь смысл «.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *