Управляющий центр разрывов ДНК во время деления клеток

Разрывы ДНК могут нанести серьезный вред организму, приводя к раку и другим проблемам со здоровьем. Однако иногда клетки целенаправленно разрывают собственную ДНК.

Во время мейоза — деления клеток, в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки, — создание и последующее восстановление разрывов ДНК помогает прочно соединить пары хромосом. Это необходимо для обмена генетическим материалом и успешного завершения репродуктивного процесса.

Но даже «полезные» разрывы требуют контроля. После того как хромосомы спариваются, механизм, создающий разрывы ДНК, должен быть отключен. Команда ученых из Гарвардской медицинской школы, изучая репродуктивные органы круглых червей Caenorhabditis elegans, определила три белка, которые управляют этим процессом.

Если аналогичные белки выполняют ту же функцию у людей, это открытие может указать на новые способы подавления неконтролируемых разрывов ДНК в организме для предотвращения рака, бесплодия, выкидышей и врожденных дефектов. Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.

Механизм «стоп-сигнала»

Ученые обнаружили, что два фермента — polo-like киназы 1 и 2 — определяют момент присоединения двух хромосом в месте разрыва ДНК. Затем эти ферменты запускают сигнал «больше разрывов не нужно», присоединяя химическую метку (фосфорилирование) к белкам SYP-4. Эти белки являются частью «молнии» — структуры, которая удерживает пары хромосом вместе во время мейоза.

Под микроскопом исследователи наблюдали, как волна фосфорилирования начиналась в месте разрыва (помеченном зеленым) и распространялась в обоих направлениях вдоль «молнии» (розовый цвет) до концов хромосом.

«Мы полагаем, что это делает хромосомы менее доступными для механизма, создающего разрывы ДНК», — пояснила профессор генетики Моника Колаякович.

Стабилизация и последствия

Фосфорилирование не только блокирует новые разрывы ДНК, но и помогает стабилизировать саму соединительную структуру. «Более стабильная "молния", вероятно, помогает распространить "стоп-сигнал"», — добавила Колаякович.

Эксперименты показали, что если нарушить способность модифицировать SYP-4, клетки никогда не прекращают создавать двуцепочечные разрывы. В результате у червей с неконтролируемыми разрывами ДНК возникали проблемы с яйцеклетками, приводящие к бесплодию или стерильности.

Изучение клеток-предшественников сперматозоидов и яйцеклеток у мышей и людей дало обнадеживающий результат: белки, формирующие эквивалентную соединительную структуру, также фосфорилируются polo-like киназами. Это указывает на возможную универсальность открытого механизма.