Исследование: хромосомы покрыты жидкоподобной оболочкой для предотвращения слипания и повреждения ДНК

Новое исследование митотических хромосом показало, что они покрыты жидкоподобной оболочкой, которая позволяет им отталкиваться друг от друга, как машинки на аттракционе, защищая их от повреждений во время деления клетки.

Исследование доктора Дэниела Бута и профессора Аманды Райт из Ноттингемского университета, проведенное совместно с университетами Глазго и Кента, было посвящено изучению оболочки митотических хромосом — высококонденсированных и организованных структур, в которые превращается ДНК во время клеточного деления. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Периферия митотической хромосомы (MCP) — это плохо изученная «оболочка», покрывающая все хромосомы. Предыдущая работа доктора Бута показала, что Ki-67, важный биомаркер рака, организует всю эту оболочку. При её удалении хромосомы становятся липкими и слипаются, что мешает правильному делению клеток. Это позволило предположить, что MCP может обладать неизвестными ранее специализированными биофизическими свойствами.

Новая работа команды Бута под руководством постдока доктора Тании Мендонсы показала неожиданный результат: оболочка является жидкоподобной.

Предполагалось, что хромосомы обладают интересными биофизическими свойствами, но технологические ограничения долго мешали их изучить.

В этом исследовании, используя новый тип микропинцетов и анализа, учёные захватывали отдельные хромосомы с избытком или недостатком оболочки.

Растягивая хромосомы пинцетом (учёные сравнивают это с тем, как итальянский пекарь растягивает тесто для пиццы), они зафиксировали, что жидкая оболочка действует как амортизатор. Она позволяет хромосомам «отскакивать» друг от друга, что потенциально защищает ДНК от повреждений и предотвращает чрезмерное слипание хромосом.

Исследователи объяснили, что хромосомы демонстрируют разное механическое поведение в зависимости от скорости приложения силы. При медленном воздействии они ведут себя линейно и упруго, а при быстром — проявляют нелинейные, вязкоупругие свойства.

Доктор Дэниел Бут из Института Biodiscovery Ноттингемского университета сказал: «Периферия хромосомы была открыта почти 150 лет назад, но она по-прежнему остаётся наименее изученным компартментом хромосомы. Только за последние 10 лет, после открытия, что Ki-67 является её главным организатором, мы и другие лаборатории смогли изучать биологию периферии хромосом. Наша последняя работа предоставляет первые прямые доказательства того, что периферия хромосомы может существовать в жидкоподобном состоянии, придавая митотическим хромосомам свойства гашения силы. Мы предполагаем, что это способствует защите хромосом от повреждения ДНК и позволяет им скользить или отскакивать друг от друга для нормального клеточного деления».

Эта работа — важный шаг к пониманию того, как хромосомы и клетки делятся нормально во время митоза и как этому помогает жидкоподобная оболочка.

Исследование также подчёркивает значительную роль хромосомной оболочки в поддержании стабильности и функции хромосом во время клеточного деления. Понимание этих механизмов может дать представление о заболеваниях, включая рак, где процессы деления клеток часто нарушены.

В дальнейшем исследователи планируют использовать результаты этой работы, чтобы глубже изучить, как «отскок» хромосом (или его отсутствие) может быть вовлечён в патологические процессы.