Растаскивание хромосом при клеточном делении зависит от натяжения белковых канатов

В раковых клетках часто можно обнаружить неправильное число хромосом: одни хромосомы у них в избытке, другие — в недостатке. Считается, что такие хромосомные аномалии и служат причиной злокачественного перерождения клетки (если, разумеется, не убивают её). А причина этих аномалий — расстроенный белковый механизм, который управляет распределением хромосом по дочерним клеткам.

Если вспомнить классическое Х-образное изображение хромосомы человека, то половины этого «Х» называются сестринскими хроматидами; ДНК сестринских хроматид являются копиями друг друга. Точка соединения хроматид — центромера; во время деления хроматиды растаскиваются по дочерним клеткам именно за центромеру. Чтобы хроматиды разошлись, к центромерам прикрепляются трубочки из белка тубулина, которые растут из противоположных концов клетки. Тубулиновые трубочки вместе с другими белками-машинами выполняют механическую работу по растаскиванию хроматид.

Хроматиды (синие), растаскиваемые микротрубочками (зелёные) к полюсам делящейся клетки (фото Visuals Unlimited / Corbis).

Микротрубочки, однако, соединяются не с самими центромерами, а со сложным белковым комплексом, который называется кинетохором и формируется на центромерах. То есть микротрубочки с двух концов клетки присоединяются к кинетохорам сестринских хроматид и тащат их к полюсам делящейся клетки.

Но что будет, если к одной хроматиде микротрубочки присоединятся, а к другой — нет? Тогда-то и случится неправильное распределение хромосом: обе копии ДНК хромосомы отойдут одной клетке, ведь они соединены в районе центромер. Чтобы этого не произошло, существует ещё один белковый комплекс — пассажирский хромосомный (chromosomal passenger complex, CPC). Он состоит из четырёх белков, и один из них, киназа Aurora B, контролирует силу натяжения микротрубочек. Смысл такого контроля понятен: если микротрубочка тащит за собой обе хроматиды и если с другой стороны ей не мешают другие микротрубочки, то натяжение в таком «канате» будет слабым. Если же натяжение велико, это значит, что «канаты» присоединились к обеим хроматидам и скоро отделят их друг от друга — как и требуется.

Обычно комплекс, проверяющий правильность расхождения хроматид, обнаруживается как раз между ними, в пространстве между двумя кинетохорами. Поэтому исследователи долгое время считали, что принцип работы этого комплекса относительно очевиден: белковыми «руками» он держится за обе хроматиды и проверяет, действительно ли их тянут в разные стороны.

Однако биологи из Института Людвига по исследованию рака в Сан-Диего (США) получили результаты, которые противоречат такому описанию. В мутантных клетках дрожжей контролирующий комплекс CPC не был привязан к кинетохорам, однако хромосомы, несмотря на это, распределялись правильно, и мутантные клетки выживали вопреки всем ожиданиям. Всё, что касается клеточного деления, для современной биологии представляется необычайно важным, так что труд удостоился публикации в Nature. Теперь, правда, придётся искать другую схему, которая описывала бы работу хромосомного пассажирского комплекса.

В том, что его белки оценивают именно натяжение микротрубочковых «канатов», у авторов сомнений нет; вопрос лишь в том, как комплекс СРС это делает. В статье сообщается, что киназа Aurora B кучковалась вдоль тубулиновых «верёвок». То есть этот фермент оценивал работу механизма, распределяющего хромосомы, не по силе, действующей на сами хроматиды, а, так сказать, по натяжению верёвки. Как если бы фермент щипал за белковый «канат» и по его дрожанию, по его упругости определял бы, достаточно ли тот натянут.

Но тут, конечно, никто никого ни за что не щиплет: исследователи полагают, что натяжение тубулиновых трубочек влияет на их структуру, и если белковая «верёвка» натянута, как надо, тубулин в трубочках становится недоступен для действия фермента. Если же «верёвка», что называется, провисает, фермент заставляет её отпустить хромосому и перестать тянутся назад, к полюсу клетки, после чего микротрубочка делает ещё одну попытку правильно прикрепиться. Очевидно, таким образом киназа Aurora B может определять как пустые микротрубочки, ни к чему не прикрепившиеся, так и те, что тянут обе хроматиды в одну сторону, не преодолевая сопротивления других канатов с противоположной стороны.

Подготовлено по материалам Phys.Org.