Хромосомы претерпевают четкие структурные изменения на молекулярном уровне во время различных фаз клеточного деления. Эти изменения происходят с высокой степенью точности, чтобы предотвратить нестабильность генома. Было обнаружено, что нестабильность генома в результате поломки, отсутствия или перестройки хромосом является основной причиной гибели клеток, канцерогенеза и врожденных нарушений. Изучение нестабильности генома помогает исследователям определить причины рака и может привести к новым достижениям в их диагностике и лечении.
Ученые долгое время работали над тем, чтобы понять роль когезина во время мейотического деления клеток. Cohesins являются важными белками для поддержания целостности генома, поскольку они обеспечивают точное расхождение хромосом, удерживая вместе сестринские хроматиды во время мейоза. Теперь, в новом исследовании, проведенном учеными под руководством профессора Кеуна П. Кима из Университета Чун-Анг, Южная Корея, эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) были изучены, чтобы понять, играет ли специфический для мейоза когезиновый комплекс активную роль во время митотического деления клеток. , который отвечает за рост и развитие всех клеток. Их результаты были опубликованы в Интернете 3 марта 2022 года в журнале Genome Biology .
ЭСК демонстрируют плюрипотентность или способность дифференцироваться во все типы клеток в организме, а также обладают неограниченной способностью к самообновлению и высокой толерантностью к стрессу повреждения ДНК. «Однако мы мало знаем о том, как ЭСК поддерживают целостность генома и справляются с хромосомными аномалиями и стрессами репликации, которые могут возникать во время пролиферации и дифференцировки клеток», — объясняет профессор Ким. Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, команда идентифицировала два фактора когезина, REC8 и STAG3, которые специфически экспрессируются в ESCs. Они изучили возможный вклад этих мейотических компонентов во время митотических клеточных делений, которые тесно связаны со структурой и организацией хромосом в ЭСК.
Основываясь на существующей информации о мейотических когезинах, команда использовала ESC, полученные от мышей, для анализа паттерна экспрессии компонентов митотических когезинов. 3D-SIM высокого разрешения (структурированная микроскопия освещения) и функциональный анализ были использованы для понимания того, как REC8 и STAG3 вносят вклад в структуру хромосом и клеточную функцию в митотических делениях. Команда обнаружила, что если количество когезиновых белков в клетке подавлено, хромосомы демонстрируют сильное уплотнение, что приводит к их раннему неразделению, что в конечном итоге приводит к нестабильности генома. Чтобы предотвратить этот кризис, необходимо поддерживать адекватные уровни когезиновых факторов REC8 и STAG3, которые обеспечивают хромосомную стабилизацию и адекватную слипчивость сестринских хроматид во время клеточного цикла в ЭСК.
Это исследование доказывает, что хромосомный морфогенез и взаимодействие зависят от присутствия или отсутствия митотических и мейотических факторов cohesin. Полученные данные обеспечивают лучшее понимание процесса сцепления хроматид и формирования хромосом в митотических хромосомах ЭСК. Комментируя результаты своего исследования, профессор Ким заключает: «Целью нашего исследования было дать ответ на то, как когезиновый комплекс и другие регуляторные факторы участвуют в формировании хромосомы и поддержании целостности генома. Мы думаем, что это будет полезен при исследовании механизмов и методов лечения таких заболеваний, как рак, бесплодие и хромосомные болезни, такие как синдром Дауна».
