Уникальная структура центромер: как клетки делятся правильно

Почему наши клетки делятся без ошибок? Ответ кроется в загадочной структуре центромер — и японские ученые, похоже, подобрались к самой сути этого механизма.

Ученые нашли «строительный кирпич» в самом сердце хромосомы — уникальную структуру, которая может быть основой для крепления всего механизма клеточного деления

Источник: Unsplash

Исследование, опубликованное 24 марта 2025 года в журнале Genes to Cells, раскрывает новую сторону молекулярной архитектуры центромер — участков ДНК, жизненно важных для правильного деления клеток. Команда под руководством доцента Кайо Нозавы из Института науки Токио описала структуру необычного белково-ДНК комплекса, вероятно, присутствующего в центромерных областях.

В центре внимания оказалась новая частица, собранная только из специализированного гистона CENP-A, белка H4 и фрагментов ДНК. Обычно нуклеосомы включают также гистоны H2A и H2B, но в этом случае их исключили, следуя данным из дрожжевых моделей, где они не обнаруживались в центромерах.

Исследователи идентифицируют новый специфичный для центромеры вариант гистона H3, названный «CENP-A», который, восстанавливаясь с H4, образует октасому «CENP-A–H4», и исследуют его роль в митозе

Источник: Genes to Cells

С помощью криоэлектронной микроскопии, метода, позволяющего изучать мельчайшие молекулы в замороженном состоянии, ученые реконструировали структуру с высоким разрешением. Получившийся комплекс, названный октасомой CENP-A-H4, содержал только около 120 пар оснований ДНК — вместо привычных 145. Это уже намекало на его особенность. Но главная интрига в том, что у него оказались сразу четыре RG-петли — участки, необходимые для связывания с белками кинетохора, «переходника» между хромосомой и веретеном деления.

Интересно, что в отличие от обычных нуклеосом, новая структура не имеет так называемого кислого участка — поверхности, через которую в норме связываются белки, управляющие упаковкой ДНК. Это означает, что эпигенетическая регуляция, то есть «управление» генами без изменения самих генов, может идти совсем по-другому.

Хромосомы рака мозга. Хромосомы, полученные из злокачественной глиобластомы, визуализированные с помощью спектрального кариотипирования (SKY), показывают огромную степень хромосомной нестабильности — отличительный признак рака. Новая модель нуклеосомы бросает свет на то, как хромосомы не теряют равновесие в хаосе деления — и почему сбой в этом танце может привести к раку

Источник: Unsplash

Такое открытие важно не только для фундаментальной науки. Ошибки в работе центромер могут приводить к аномалиям при делении клеток. Известно, что сбои в экспрессии CENP-A наблюдаются при ряде онкологических заболеваний. Понимание структуры октасомы может в будущем помочь лучше диагностировать и, возможно, лечить такие нарушения.

От особенностей строения центромер — ключевых узлов правильного деления клеток — до того, как «архитектура» ДНК может со временем менять свое поведение и влиять на здоровье, ученые продолжают открывать все новые уровни сложности нашей генетической системы.