Белок-«цемент» стабилизирует центромеру хромосом

Исследователи из Пенсильванского университета выяснили, как стабилизируется центромера — ключевой участок X-образных хромосом, отвечающий за их правильное распределение при делении клетки. Проблемы с центромерой могут приводить к таким нарушениям, как синдром Дауна.

Центромера отличается не только последовательностью ДНК, но и особым типом нуклеосомы (белково-ДНК комплекса), содержащим белок CENP-A. Работа, опубликованная в Science, показывает, что стабильность этих нуклеосом обеспечивает вспомогательный белок CENP-C.

• Биофизические исследования показали, что нуклеосомы с CENP-A обладают неожиданно гибкой структурой. В отсутствие CENP-C они принимают расслабленную конформацию, а в его присутствии — более компактную. Эта смена формы делает структуру похожей на ту, что наблюдается в живых клетках.
• CENP-C действует как «цемент». В нормальных условиях CENP-A, попав на центромеру в короткое окно после деления клетки, больше не диссоциирует. Однако в клетках, лишённых CENP-C, CENP-A легко отделяется. Это указывает, что именно связывание CENP-C с CENP-A придаёт структуре исключительную стабильность.

Центромера — классический пример эпигенетического контроля наследования, где ключевую роль играет не последовательность ДНК, а белковые «катушки» (гистоны), на которые она намотана. CENP-A, заменяя обычный гистон H3, маркирует место сборки кинетохора — структуры для расхождения хромосом.

Исследование предлагает новую модель эпигенетической биологии: нуклеосомы — не статичные каркасы, а активные участники процессов. Варианты гистонов (как CENP-A) и их посттрансляционные модификации могут регулировать биологические свойства нуклеосом, меняя их форму и создавая сайты для связывания ферментов.

«Это концептуально очень похоже на то, как регулируются ферменты — их активность можно включать и выключать», — объясняет старший автор Бен Блэк. — «В данном случае речь идёт о стабилизации нуклеосомы и всей этой части хромосомы. Если стабильность утрачена, хромосома и все гены на ней не будут точно переданы каждой клетке при делении. Это тот вид генетической катастрофы, который является отличительной чертой раковых клеток».

Этот механизм регуляции через изменение формы может быть общим для других эпигенетических процессов, например, регуляции экспрессии генов. Стабильность, опосредованная CENP-A, также может объяснять, как ооциты сохраняют эпигенетическую информацию, обеспечивающую точность наследования хромосом на протяжении многих лет фертильности.