Выявлены новые механизмы геномной нестабильности
Исследование Northwestern Medicine, опубликованное в Journal of Cell Biology, выявило новые механизмы, вызывающие геномную или хромосомную нестабильность во время деления клетки. Эти открытия могут улучшить разработку биомаркеров и таргетных терапий для лечения рака.
Для успешного деления клеток после репликации ДНК должна произойти сегрегация хромосом. Однако этот процесс может приводить к геномной нестабильности, когда хромосомы неправильно распределяются во время митоза, что нарушает функции клетки.
В начале митоза собирается веретено деления, которое служит каркасом для сегрегации хромосом. При правильном делении хромосомы конденсируются и прикрепляются к концам микротрубочек веретена — ключевого компонента цитоскелета.
«Концы микротрубочек веретена нестабильны: мономеры белка тубулина постоянно добавляются и удаляются. Это не статичная структура, и хромосомам нужно прикрепиться к этой динамической системе. Это сложная задача, и, что важнее, механизмы, как это происходит в человеческих клетках, неизвестны», — пояснил старший автор исследования Дилип Варма.
Ранее было установлено, что белок Ndc80 необходим для прикрепления хромосом к микротрубочкам, а два других белка — Cdt1 и Ska1 — по отдельности помогают Ndc80 связаться («сцепиться») с концами микротрубочек. По словам Вармы, это «сцепление» критически важно, так как без него хромосомы постоянно отсоединяются от концов микротрубочек, что может привести к вредным мутациям или проблемам с дозировкой генов из-за потери или добавления хромосом.
В данном исследовании команда Вармы разработала новый подход: с помощью CRISPR они заменили нужный ген в хромосоме его копией с присоединённым к концу дегроном — аминокислотной последовательностью-«меткой». Это позволило точно ингибировать функцию белка Cdt1 во время митоза, не затрагивая его роль в репликации ДНК.
Используя этот и другие новые методы, учёные обнаружили, что во время сегрегации хромосом белок Ska1 направляет Cdt1 к концам микротрубочек. Затем оба этих белка соединяются с Ndc80 в кинетохорах — белковых структурах, связывающих хромосомы с микротрубочками, — формируя крупный комплекс, который составляет центральный узел сцепления хромосомы с микротрубочкой.
«Образование этого трёхкомпонентного комплекса из Ndc80, Cdt1 и Ska1 позволяет кинетохорам надёжно сцепляться с концами микротрубочек. Именно это обеспечивает длительное и устойчивое соединение хромосом без отсоединения в митотической клетке», — сказал Варма.
Эти результаты углубляют понимание сложности клеточного деления и могут помочь в разработке биомаркеров и таргетных терапий рака, например, низкомолекулярных ингибиторов. Такие белки, как Cdt1, могут быть перспективными мишенями для терапии благодаря наличию небольших структурных доменов, против которых можно разработать лекарства.