Секреты деления клеток раскрыты передовой техникой визуализации
Исследование Фены Окс, новой руководительницы группы и адъюнкт-профессора в Центре биотехнологических исследований и инноваций (BRIC) Копенгагенского университета, погружается в сложный мир деления клеток. Работа, опубликованная в Science, проливает свет на роль когезина — критически важного белкового комплекса, который помогает точно разделять генетический материал во время клеточного деления.
Деление клеток — краеугольный камень жизни. Однако сам процесс представляет собой тонкий танец молекулярных взаимодействий, особенно когда речь идет о точном разделении генетического материала между двумя дочерними клетками. Эту сложную хореографию организует когезин — белковый комплекс, образующий кольцо, удерживающее идентичные хромосомы вместе до момента разделения.
Используя передовую микроскопию сверхвысокого разрешения, исследовательская группа заглянула внутрь человеческих клеток, чтобы визуализировать комплексы когезина с беспрецедентной детализацией. Они обнаружили замечательное: различные популяции комплексов когезина, каждая из которых играет специфическую роль в наших клетках.
«Этот прорыв не только углубляет наше фундаментальное понимание деления клеток, но и обещает пользу для многих других областей исследований. Продемонстрировав возможности визуализации отдельных молекул со сверхвысоким разрешением, это исследование открывает новые пути для изучения биологических процессов в их естественной среде с минимальным вмешательством», — говорит Окс.
В частности, исследование выявило существование двух основных популяций когезина:
- Ответственная за сестринский хроматидный когезион — процесс, критический для образования здоровых новых клеток во время деления.
- Ответственная за экструзию петель (loop extrusion) — процесс компактизации нашей ДНК, чтобы она поместилась в клетки, и для обеспечения важных взаимодействий между генетическими элементами.
Невероятная детализация микроскопических клеточных процессов
Используемая методика основана на микроскопии сверхвысокого разрешения со структурированным освещением (Structured Illumination Microscopy), которую исследователи дополнительно развили для количественной визуализации на уровне отдельных молекул.
«С нашим новым микроскопическим подходом у нас теперь есть возможность визуализировать молекулярные процессы в неповрежденных клетках с невероятно высоким разрешением и почти не нарушая их. Мы только что приобрели новый микроскоп, так что это только начало», — отмечает Окс.
Несмотря на то, что когезин был открыт в 1997 году, изучение механизмов его действия оставалось сложной задачей. Новое исследование представляет собой значительный шаг вперед в понимании сложностей функционирования когезина на молекулярном уровне.
В перспективе команда исследует последствия своих открытий. Изучая роль различных популяций когезина, они пытаются раскрыть механизмы заболеваний, связанных с когезином, и потенциально проложить путь к новым терапевтическим подходам.
Группа Окс особенно заинтересована в исследовании редкого генетического заболевания — синдрома Корнелии де Ланге (CdLS), встречающегося с частотой 1:10 000 – 1:30 000. Вызванный мутациями в белках когезина, синдром не проявляется в дефектах сестринского хроматидного когезиона, а в других процессах, связанных с когезином. Теперь исследователи могут начать понимать эти процессы на молекулярном уровне с помощью своих новых микроскопических методов.