Фундаментальний біологічний процес, який керує спарюванням хромосом під час розвитку яйцеклітини та сперми, тепер зрозумілий з безпрецедентною ясністю. Нове дослідження Каліфорнійського університету в Девісі, опубліковане в журналі Nature, показує, як помилки в цьому процесі безпосередньо призводять до безпліддя, викиднів і генетичних захворювань, таких як синдром Дауна.
Критична роль кросинговерів хромосом
Люди успадковують 23 пари хромосом, по одному набору від кожного з батьків. Під час виробництва сперматозоїдів і яйцеклітин ці пари повинні обмінюватися генетичним матеріалом у процесі, який називається «кросинговер». Це забезпечує генетичну різноманітність нащадків, одночасно фізично з’єднуючи пари хромосом. Без правильного кросинговеру хромосоми можуть неправильно розділятися під час поділу клітини, що призводить до утворення яйцеклітин або сперми з неправильною кількістю хромосом. Це лежить в основі багатьох репродуктивних збоїв.
Як працює процес: подвійні переходи на вихідні
Процес кросинговеру включає структуру, яка називається подвійним відпускним з’єднанням, де переплітаються нитки ДНК парних хромосом. Потім ферменти розрізають і з’єднують ці нитки, утворюючи стабільний зв’язок. Дослідники на чолі з професором Нілом Хантером використовували генну інженерію дріжджів (модель організму з надзвичайно подібними процесами до людських), щоб спостерігати за цими молекулярними подіями в реальному часі.
Проблема з непрацюючими посиланнями
Якщо ці з’єднання не формуються належним чином, хромосоми можуть від’єднатися, як люди, які втрачають контроль у натовпі. Це призводить до того, що яйцеклітини або сперматозоїди містять занадто багато або недостатньо хромосом. Синдром Дауна, коли людина має зайву копію хромосоми 21, є прямим результатом цієї помилки. Також поширеними наслідками є викидні та безпліддя.
Чому жінки більш вразливі
Яйцеклітини стикаються з унікальним викликом: вони формують кросинговер на ранніх стадіях розвитку, але залишаються в стані спокою в яєчниках жінки десятиліттями. Збереження цих зв’язків протягом такого тривалого періоду має вирішальне значення, оскільки пошкоджені кросинговери можуть призвести до помилок, коли яйцеклітина нарешті активується. Навпаки, сперматозоїди діляться та розподіляють хромосоми набагато швидше, зменшуючи ризик довготривалих збоїв у спілкуванні.
Виявлено ключові білки
Команда Хантера ідентифікувала білки, такі як cohesin, які захищають подвійні вихідні з’єднання від передчасного руйнування. Інший комплекс, комплекс STR (або комплекс Блума у людини), контролюється цими захисними білками для забезпечення правильного формування кросинговерів. Систематично видаляючи білки в клітинах дріжджів, дослідники відобразили мережу білків, необхідних для успішного формування кросинговеру.
Від дріжджів до людини: еволюційне збереження
Краса цього дослідження полягає в його широкій актуальності. Основні механізми хромосомного кросинговеру мало змінилися в ході еволюції. Ті самі білки, які функціонують у дріжджах, також працюють у людей, а це означає, що знання, отримані від модельних організмів, безпосередньо застосовуються до здоров’я людини. Це розуміння може призвести до кращих методів діагностики та лікування безпліддя та генетичних розладів.
Дослідження підкреслює, наскільки крихким є процес відтворення на молекулярному рівні. Захист цих зв’язків означає не лише запобігання помилкам, а й збереження життєздатності майбутніх поколінь.
