Учёные определили самый ранний известный белок, необходимый для деления клеток

Исследователи из трёх университетов США, используя круглых червей, определили самый ранний из известных белков, необходимых для дупликации центриоли — крошечной цилиндрической структуры, ключевого компонента аппарата, организующего деление клеток у животных.

При повреждении этого белка деление клеток нарушается таким образом, что это отражает состояния, связанные с человеческими раковыми заболеваниями, микроцефалией и цилиопатиями, такими как синдромы Барде-Бидля и оро-фацио-дигитальные синдромы, которые включают множество аномалий по всему телу.

Открытие белка у C. elegans (крошечной нематоды) подробно описано в статье, опубликованной в январе в журнале eLife. Мутантный белок, названный sas-7, был обнаружен 17 лет назад в лаборатории соавтора Брюса Боуэрмана, ныне возглавляющего факультет биологии Университета Орегона.

Используя высокоразрешающую просвечивающую электронную микроскопию в сотрудничестве с Джеймсом Приссом из Исследовательского центра рака Фреда Хатчинсона в Сиэтле, исследователи смогли вернуться к изучению центриолей на ультраструктурном уровне. Анализ выявил зависящую от белка структуру центриоли — так называемое "гребное колесо" из-за его формы, — которая жизненно важна для правильного деления клеток у червей. Подобные структуры наблюдались у других животных, но их функциональная важность не была известна.

"Суть в том, что мы обнаружили белок, который действует на самом раннем из известных этапов дупликации центриоли", — сказал Боуэрман, член и бывший руководитель Института молекулярной биологии УО. "Обнаружение этого белка даёт ключевой шаг вперёд в нашем понимании дупликации центриоли, которая критически важна для деления клеток и функции ресничек у животных. Мы также получили новое структурное понимание молекулярной организации этих удивительных структур".

Исследование было сосредоточено на митозе — процессе, при котором одна клетка делится, чтобы образовать две дочерние клетки. Каждая дочерняя клетка наследует идентичные копии генетического кода организма — его биологической инструкции.

Для деления клетки жизненно важно наличие двух пар центриолей, расположенных рядом с ядром каждой клетки, которые организуют жёсткие волокна, называемые микротрубочками, в биполярную структуру. Эта биполярная структура, называемая митотическим веретеном, разделяет дуплицированные хромосомы так, что каждая дочь получает по одной копии каждой хромосомы.

Так же, как ДНК в хромосомах должна быть удвоена перед делением клетки, так и центриоли, которые представляют собой сложные сборки множества различных белков. В то время как дупликация хромосом хорошо изучена, дупликация центриолей остаётся загадкой.

Когда sas-7 повреждён, дупликация центриолей не происходит, и в клетке остаётся только одна центриоль. В результате формируется монополярное веретено, и хромосомы не разделяются между дочерними клетками. Кроме того, структурная целостность "гребного колеса" центриоли нарушается. "Мы считаем, что это гребное колесо является важным структурным компонентом центриолей и может быть ключевой частью механизма их дупликации", — сказал Боуэрман.

Со-ведущий автор Даниэль Р. Хэмилл, ныне профессор зоологии в Университете Огайо Уэсли, обнаружила мутантный белок, когда была постдокторантом в УО. На протяжении многих лет она возвращалась в УО, чтобы работать с Боуэрманом и продолжать исследовать роль sas-7.

"Ранее были идентифицированы белки, включая некоторые с похожими названиями, sas-1–6, все они были обнаружены более 20 лет назад. Все они с тех пор были найдены консервативными у людей", — сказал Боуэрман.

Ранее один из этих белков, обнаруженных ранее, spd-2, был идентифицирован как самый ранний действующий белок в митотическом делении клеток. Команда Боуэрмана, со-руководимая нынешним постдокторантом УО Кенджи Сугиокой, определила, что sas-7 активен выше по течению от spd-2.

"C. elegans был той модельным организмом, где был выяснен путь дупликации центриоли и обнаружено, что он консервативен у всех животных", — сказал Боуэрман. "Мы не знаем, как sas-7 выполняет свою работу, но он даёт нам нового игрока на этом пути и может помочь понять, как клетки знают, как снова и снова делиться на две части, и точно".