Лаборатория Нила Хантера в колледже биологических наук Калифорнийского университета в Дэвисе выявляет сложные детали того, как работает мейоз. В новой статье, опубликованной 6 января в журнале Science, группа Хантера описывает новых ключевых игроков в мейозе, белки, называемые SUMO, и убиквитин, и молекулярные машины, называемые протеасомами. Убиквитин уже хорошо известен как небольшой белок, который «маркирует» другие белки, которые должны быть разрушены протеасомами (измельчители древесины для белков).
СУМО является близким родственником убиквитина.Танго мейоза
Во время мейоза хромосомы участвуют в сложном, но сложно контролируемом танце, так что каждая сперматозоид или яйцеклетка:Имеет вдвое меньше хромосом, чем обычная клетка тела, иРовно по одной из каждой хромосомы (обычные клетки тела имеют пары хромосом, кроме половых хромосом X и Y)
Для достижения этих целей мейотические клетки проходят два раунда деления и ряд предшествующих стадий, которые вы можете найти в любом хорошем учебнике биологии.При подготовке к первому делению хромосомы тесно объединяются в совпадающие пары, а затем соединяются посредством кроссинговера — разрыва и воссоединения плеч хромосом. Связи, обеспечиваемые кроссоверами, важны для точного распределения хромосом.
Без кроссоверов неправильное количество хромосом может оказаться в сперматозоидах или яйцеклетках. Кроссинговер также перетасовывает колоду ДНК, создавая новые комбинации различий между хромосомами, которые мы унаследовали от наших родителей. Вот почему дети немного похожи на своих родителей, но не совсем.
Лаборатория Хантера и лаборатория их коллеги Валентина Борнера (Кливлендский государственный университет) теперь раскрывают центральную роль SUMO, убиквитина и протеасом в мейозе. Всего в хромосомах есть сотни потенциальных сайтов кроссовера, но только некоторые из них станут настоящими кроссоверами. Каким-то образом клетке приходится сужать большое количество возможностей до нескольких участков, но таким образом, чтобы на хромосому приходился хотя бы один кроссовер. Команда Хантера обнаружила, что SUMO, убиквитин и протеасомы играют решающую роль в выборе этого перекрестного сайта.
«Когда вы визуализируете эти белки под микроскопом, они накапливаются по всей хромосоме, особенно по осям хромосом, где происходит все действие», — сказал Хантер.Ось хромосомы представляет собой белковый каркас, который организует ДНК в серию петель. Спаривание и кроссинговер происходят между двумя осями каждой пары совпадающих хромосом.Лаборатория Хантера обнаружила, что когда хромосомы спарены, SUMO действует как тормоз для взаимодействий ДНК, происходящих в сотнях потенциальных сайтов кроссовера.
Без этого тормоза ни одна из этих площадок не образует кроссоверов. «Без SUMO не будет кроссоверов, и мейоз потерпит неудачу», — сказал Хантер. «Мы думаем, что затягивание процесса дает время для выбора и созревания перекрестных сайтов».Убиквитин и протеасомы действуют с другой стороны процесса, освобождая тормоз и позволяя взаимодействиям ДНК продолжаться. Баланс SUMO и убиквитина позволяет произойти достаточному количеству кроссоверов, чтобы гарантировать, что сперматозоиды и яйцеклетки получат по одной хромосоме.Команда работала в основном с клетками мышей, включая мышей, генетически «нокаутированных» по генам, связанным с SUMO, убиквитином и родственными белками.
Эти гены и белки, конечно, имеют аналоги у людей, и варианты этих генов могут быть связаны с фертильностью.