Белок поддерживает порядок в ядре клетки

Исследователи из Фрайбурга определили белок, ответственный за правильное расположение центромер хромосом в ядре.

Два метра ДНК упакованы в клеточном ядре, предположительно, в соответствии со строго определённым порядком. Исследователи под руководством биолога Патрика Хойна из Института иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка во Фрайбурге объяснили феномен, впервые наблюдённый 40 лет назад. Центромеры — структуры в области первичной перетяжки Х-образных хромосом — группируются в нескольких определённых местах ядра. Используя плодовую мушку в качестве модели, учёные показали, что ключевую роль в этом процессе играет единственный белок. Если этого белка нет, повреждения ДНК в клетке увеличиваются, а деление клетки нарушается.

Перед делением каждая хромосома удваивается, но две копии остаются соединёнными в одной точке — центромере — вплоть до самого деления, что и придаёт хромосомам классическую Х-образную форму. За последние 40 лет эксперименты с окрашиванием показали, что у многих организмов и в разных типах клеток центромеры нескольких хромосом кластеризуются в ядре. Однако то, как именно организована ДНК в ядре, до сих пор мало изучено.

В серии экспериментов на плодовой мушке Drosophila melanogaster Патрик Хойн и его коллеги показали, что белок NLP играет главную роль в позиционировании центромер. Он специфически связывается с центромерной областью хромосом и вызывает их кластеризацию вблизи ядрышка — важной области ядра. Место, где белок связывается с хромосомой, зависит от упаковки ДНК, но, как обнаружила команда, последовательность ДНК в этом месте, по-видимому, не имеет значения. Немного модифицированная форма NLP существует и у человека, где она известна как нуклеофосмин.

Если исследователи устраняют белок NLP методом генно-специфичного нокдауна, центромеры распадаются и распределяются по всему ядру. Из-за этого изменения пространственной архитектуры ядра активируются «молчащие» области ДНК, и в её двойной цепи накапливаются повреждения. Такие изменения могут нарушить стабильность генома и в конечном итоге способствовать возникновению рака. «Уже известно, что организация ядра играет роль при определённой форме лейкемии. Было бы очень интересно выяснить, играет ли отсутствие организации центромер роль и в раковых клетках», — говорит Хойн.

Помимо белка NLP, учёным также удалось расшифровать его взаимодействие с двумя другими уже известными белками. Белок ядрышка modulo закрепляет комплекс из центромеры и NLP на ядрышке, а белок CTCF помогает NLP в кластеризации центромер.

«Что касается молекулярного механизма, лежащего в основе этого явления, теперь мы засунули ногу в дверь», — говорит Хойн. Он работает над выяснением этого процесса со своим аспирантом Яном Падекеном и своей командой с 2008 года. Теперь последуют другие исследования на клетках Drosophila и млекопитающих, например, мышей. «Мы предполагаем, что в организации центромер участвуют и другие белки, и хотели бы выяснить, играет ли обнаруженная белковая сеть роль и у других организмов», — говорит Хойн.