Разделение хромосом под микроскопом
Во время деления клетки хромосомы дублируются и разделяются так, чтобы каждая из двух новых дочерних клеток получила по одной копии каждой хромосомы. Правильное распределение требует высокой точности, а дефекты в этом процессе могут привести к аномальному распределению хромосом и способствовать развитию рака. Международная команда под руководством учёных из Женевского университета (UNIGE), анализируя структуру белка, ответственного за разделение хромосом, раскрыла механизмы контроля этого ключевого игрока в делении клетки. Работа опубликована в журнале Nature.
Перед делением клетка дублирует свою ДНК, и одиночные хромосомы с одним плечом превращаются в двойные хромосомы с двумя идентичными плечами, соединёнными кольцевым белковым комплексом — когезином. Затем плечи разделяются действием молекулярных ножниц — сепаразы, которая разрезает субъединицу комплекса когезина, чтобы раскрыть кольцо. После разделения хромосом клетка делится, образуя две идентичные дочерние клетки. Расщепление когезина сепаразой строго регулируется и должно происходить только в определённый момент клеточного цикла. Для этого несколько ингибиторных белков независимо блокируют активность сепаразы до момента разделения хромосом. Однако молекулярные механизмы этого контроля оставались неясными.
Криоэлектронная микроскопия высокого разрешения раскрывает регуляторные механизмы
В исследовании под руководством команды Андреаса Боланда, профессора кафедры молекулярной биологии факультета естественных наук UNIGE, учёные использовали криогенную электронную микроскопию (cryoEM). «Эта техника позволяет наблюдать биологические образцы с очень высоким разрешением, сохраняя их в естественном состоянии», — поясняет Цзюнь Юй, исследователь кафедры молекулярной биологии и первый автор работы.
С помощью этого метода им удалось определить несколько структур человеческой сепаразы в комплексе с одним из её ингибиторов, что выявило новые регуляторные механизмы фермента. «Оказывается, эти ингибиторы занимают сайты, которые также распознают субстрат когезина, блокируя расщепляющую активность молекулярных ножниц», — объясняет Андреас Боланд.
Ингибирование белка путём изменения его конформации
В то время как один из ингибиторов, секурин, связывается непосредственно с молекулярными ножницами, блокируя их активный центр, другой ингибитор — комплекс CCC — действует через более сложный механизм. Связываясь с периферией сепаразы, комплекс CCC вызывает конформационное изменение в самой сепаразе. В результате петли в сепаразе — обычно гибкие и неупорядоченные — реорганизуются в фиксированное положение, что приводит к аутоингибированию фермента.
«Наша работа вносит значительный вклад в понимание механизмов регуляции активации сепаразы и может помочь в разработке новых противораковых терапий», — заключает Андреас Боланд.