Митоз и конденсация хромосом: ключевой механизм контроля экспрессии генов
Международная группа учёных под руководством Ивса Барраля, Йоррита Энсеринка и Пьера Шимковича показала, что конденсация хромосом во время митоза — не пассивный процесс, а механизм, имеющий важное биологическое значение. Он сбрасывает транскриптом, защищая клетки от неконтролируемого «дрейфа» транскрипции в следующей интерфазе, и тем самым вносит вклад в гомеостатический контроль регуляции экспрессии генов. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Суть открытия
- Проблема: Вступление в митоз сопровождается конденсацией хромосом, изменением гистоновых модификаций, исключением транскрипционных факторов из ДНК и глобальным подавлением транскрипции. Однако было неизвестно, влияет ли митотическая конденсация на транскрипцию в последующей интерфазе.
- Эксперимент: Учёные предотвратили конденсацию одной хромосомы во время митоза.
- Результат: Эта хромосома не смогла сбросить настройки транскрипции. В следующей интерфазе она рекрутировала аномально высокие уровни транскрипционного аппарата, что привело к чрезмерной экспрессии её генов, включая различные факторы транскрипции.
Последствия для клетки
- Активация нежелательных программ: Это вызвало активацию индуцибельных транскрипционных программ по всему геному даже в отсутствие соответствующих стимулов. Например, гены GAL начинали экспрессироваться на высоком уровне по всему геному даже без галактозы из-за отсутствия репрессии их главного регулятора на деконденсированной хромосоме.
- Титрование ресурсов: Экспрессия генов на всех других хромосомах в целом подавлялась, в основном из-за «перетягивания» на себя РНК-полимеразы II (RNA polymerase II) деконденсированной хромосомой.
Значение и перспективы
- Контроль идентичности: Митозная конденсация хромосом осуществляет строгий контроль над интерфазной экспрессией генов, обеспечивая поддержание базовых клеточных функций и клеточной идентичности при делениях.
- Новый механизм: Исследование раскрывает неожиданный механизм, с помощью которого клетки предотвращают транскрипционный дрейф, и подчёркивает важность того, что РНК-полимераза II является лимитирующим фактором для правильной регуляции генов.
- Потенциальная роль в биологии стволовых клеток: Влияние конденсации хромосом на эпигенетические маркеры и экспрессию генов в последующей интерфазе может быть особенно важно для асимметрично делящихся клеток (например, стволовых), где сброс программ экспрессии генов может быть критичен для самообновления.
- Медицинский контекст: Эти результаты могут способствовать лучшему пониманию поствитотического старения и этиологии заболеваний, связанных с нарушением работы центромер.