Podstawowy proces biologiczny rządzący parowaniem chromosomów podczas rozwoju komórki jajowej i plemnika jest obecnie rozumiany z niespotykaną dotąd jasnością. Nowe badania przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis, opublikowane w czasopiśmie Nature, pokazują, że błędy w tym procesie bezpośrednio prowadzą do niepłodności, poronień i chorób genetycznych, takich jak zespół Downa.
Krytyczna rola skrzyżowań chromosomów
Człowiek dziedziczy 23 pary chromosomów, po jednym zestawie od każdego z rodziców. Podczas produkcji nasienia i komórek jajowych pary te muszą wymieniać materiał genetyczny w procesie zwanym crossing over. Zapewnia to różnorodność genetyczną u potomstwa, jednocześnie fizycznie łącząc pary chromosomów. Bez prawidłowego skrzyżowania, chromosomy mogą nieprawidłowo rozdzielać się podczas podziału komórki, w wyniku czego powstają komórki jajowe lub plemniki z niewłaściwą liczbą chromosomów. Jest to przyczyną wielu niepowodzeń reprodukcyjnych.
Jak działa ten proces: podwójne przejścia świąteczne
Proces krzyżowania obejmuje strukturę zwaną podwójnym złączem wakacyjnym, w którym przeplatają się nici DNA sparowanych chromosomów. Enzymy następnie przecinają i ponownie łączą te nici, tworząc stabilne wiązanie. Naukowcy pod kierownictwem profesora Neila Huntera wykorzystali inżynierię genetyczną w drożdżach (organizmie modelowym o procesach niezwykle podobnych do ludzkich), aby obserwować te zdarzenia molekularne w czasie rzeczywistym.
Problem z uszkodzonymi linkami
Jeśli te połączenia nie uformują się prawidłowo, chromosomy mogą się odłączyć, tak jak ludzie tracący przyczepność w tłumie. Powoduje to powstanie komórek jajowych lub plemników ze zbyt dużą lub niewystarczającą liczbą chromosomów. Zespół Downa, w którym dana osoba posiada dodatkową kopię chromosomu 21, jest bezpośrednim skutkiem tego błędu. Częstymi konsekwencjami są także poronienia i niepłodność.
Dlaczego kobiety są bardziej bezbronne
Jaja stają przed wyjątkowym wyzwaniem: na początku rozwoju tworzą krzyżówki, ale przez dziesięciolecia pozostają uśpione w jajnikach kobiety. Utrzymanie tych połączeń przez tak długi okres ma kluczowe znaczenie, ponieważ uszkodzone skrzyżowania mogą prowadzić do błędów po ostatecznej aktywacji komórki jajowej. Natomiast plemniki dzielą i dystrybuują chromosomy znacznie szybciej, zmniejszając ryzyko długotrwałych niepowodzeń komunikacyjnych.
Zidentyfikowano kluczowe białka
Zespół Huntera zidentyfikował białka, takie jak kohezyna, które chronią podwójne złącza świąteczne przed przedwczesnym rozkładem. Inny kompleks, kompleks STR (lub kompleks Blooma u ludzi), jest kontrolowany przez te białka ochronne, aby zapewnić prawidłowe tworzenie przejść krzyżowych. Systematycznie niszcząc białka w komórkach drożdży, naukowcy zmapowali sieć białek wymaganą do pomyślnego tworzenia się krzyżowań.
Od drożdży do ludzi: ochrona ewolucyjna
Piękno tego badania polega na jego szerokim znaczeniu. Podstawowe mechanizmy krzyżowania chromosomów niewiele zmieniły się w trakcie ewolucji. Te same białka, które działają w drożdżach, działają również u ludzi, co oznacza, że wiedza uzyskana z organizmów modelowych ma bezpośrednie zastosowanie w zdrowiu człowieka. Ta wiedza może prowadzić do lepszych metod diagnozowania i leczenia niepłodności i zaburzeń genetycznych.
Badanie podkreśla, jak kruchy jest proces reprodukcji na poziomie molekularnym. Ochrona tych połączeń to nie tylko zapobieganie błędom, ale także zachowanie żywotności przyszłych pokoleń.
