Структура короны кинетохора наконец раскрыта

При делении материнской клетки 23 хромосомы, несущие геном человека, должны быть сначала скопированы, а затем доставлены в две вновь образующиеся дочерние клетки. По крайней мере, в здоровых клетках результат поразительно безупречен, и ни одна хромосома не теряется. В злокачественных клетках всё иначе: безудержные ошибки сегрегации хромосом создают непрерывный поток новых генетических вариантов, которые поддерживают метастатический рост и устойчивость к химиотерапии. Многослойная белковая структура, называемая кинетохор, выполняет программу доставки хромосом. В рамках высокоинтердисциплинарного совместного исследования группы Андреа Музаккио и Штефана Раунзера из Института молекулярной физиологии Макса Планка изучили самый внешний слой этой структуры — корону кинетохора. С помощью криоэлектронной микроскопии отдельных частиц и реконституции белков они раскрыли структурную организацию основного строительного блока короны — комплекса RZZ — и расшифровали механизм её сборки. Их результаты проливают свет на молекулярные основы наследования генома через поколения.

Многослойная задача

Кинетохор — это точка контакта хромосом со веретеном деления, и поэтому он критически вовлечён в процесс выравнивания и разделения хромосом. Это сложный многослойный белковый комплекс. Самый внешний слой, корона, хранил некоторые из самых интересных секретов кинетохора. Его сборка особенно интересна, поскольку комплекс имеет короткое время жизни, которое заканчивается как раз перед критическими этапами выравнивания и сегрегации хромосом.

В серии предыдущих исследований лаборатория Музаккио внесла фундаментальный вклад в понимание структуры и функции различных слоёв кинетохоров. Для этого группа использовала редукционистский подход — биохимическую реконституцию. Они производили отдельные компоненты белковых сетей вне клетки, в пробирке, а затем собирали их по частям, чтобы сформировать почти полный кинетохор для изучения в изоляции.

Применяя ту же стратегию, команде удалось воссоздать корону кинетохора. Они показали, что для этого достаточно всего двух компонентов: белкового комплекса ROD-Zwilch-ZW10 (RZZ) и белка Spindly, который играет важную роль во взаимодействии кинетохора с микротрубочками. Корона собирается исключительно на кинетохорах. Реконституция процесса in vitro позволила учёным идентифицировать фермент киназу MPS1 как важнейший катализатор сборки короны RZZ на кинетохоре.

На шаг ближе к короне

Электронная микроскопия (EM) сопровождает изучение кинетохоров с 1960-х годов, но лишь недавно методологические разработки позволили этой технике визуализировать строительные блоки в атомном масштабе.

Новый структурный анализ улучшил разрешение до уровня, на котором проявились атомные детали, наконец объяснив, как взаимодействия компонентов RZZ друг с другом и с белком Spindly способствуют сборке короны в крупный полимер, окружающий кинетохор.

Будущие исследования команды будут пытаться интегрировать корону в реконституированные кинетохоры, делая новый важный шаг к реконституции сегрегации хромосом in vitro.

Исследование опубликовано в The EMBO Journal.