Двумя путями к одной цели: как создается корона клеточного деления

Клеточное деление — один из самых изученных процессов в биологии, но многие его детали остаются загадкой. Столетняя головоломка, окружающая "корону" клеточного деления — кинетохорную корону — была решена Вереной Кментовски и Андреа Музаккио из Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде (MPI).

Их исследование, опубликованное в Science Advances, показывает, что корона собирается по двум параллельным путям, начиная с небольшого белкового "семени" и разрастаясь в многофункциональный комплекс, который обеспечивает точное расхождение хромосом — и, следовательно, верную передачу жизни от одного поколения к другому.

Путешествие длиной в 20 лет

Белки — рабочие лошадки клетки, но многие функционируют только в составе более крупных мультибелковых машин. Эти комплексы выполняют важнейшие задачи, такие как сокращение мышц, производство энергии и регуляция генов. Одна из самых крупных и сложных таких машин — кинетохор, центральный узел аппарата клеточного деления.

Кинетохор соединяет хромосомы с микротрубочками веретена, исправляет ошибки прикрепления и запускает разделение сестринских хроматид. Он построен из более чем 100 белков, сгруппированных примерно в 30 субкомплексов. Его самый внешний слой — структура, известная как корона.

"Изучение кинетохора — колоссальная задача, — говорит Музаккио, директор MPI. — Его нельзя просто извлечь из клетки и проанализировать — его размер, многослойная структура и интеграция с другими клеточными компонентами делают его изучение чрезвычайно сложным".

За последние два десятилетия его команда постепенно воссоздавала в лаборатории всё более крупные части кинетохора, достигнув почти полной реконструкции и 3D-карты структуры — вехи в этой области. Лишь недавно им удалось воссоздать саму корону, определив её ключевые компоненты и общую архитектуру. Однако то, как собирается эта "корона", оставалось загадкой — до сих пор.

Корона раскрыта

"Корона хранит некоторые из самых интригующих секретов кинетохора, — говорит Кментовски, бывшая аспирантка лаборатории Музаккио. — Её сборка и разборка критически важны, поскольку они обеспечивают правильное выравнивание хромосом и регулируют время их расхождения через сигнализацию контрольных точек".

Работа Кментовски показывает, что формирование короны начинается всего с двух белков, BUB1 и BUBR1. Вместе они действуют как семя, инициируя цепь взаимодействий, которые запускают сборку короны. С этой стартовой точки структура расширяется по двум независимым, но взаимосвязанным путям, создавая кооперативную и устойчивую архитектуру.

В начале митоза корона помогает направлять хромосомы к экватору веретена и обеспечивать их правильное расположение. Позже, после прикрепления микротрубочек к хромосомам, корона разбирается, что служит сигналом для разделения хромосом. Оба этапа необходимы для точного распределения хромосом.

"На корону ложится тяжёлое бремя — ошибки в этом процессе могут привести к серьёзным проблемам развития и заболеваниям, — отмечает Музаккио. — Обнаруженный нами механизм сборки по двум путям обеспечивает устойчивость, делая корону невосприимчивой к колебаниям во времени и позволяя ей оставаться связанной с хромосомами так долго, как это необходимо".