Pojedinačne ćelije se dele kroz proces koji se zove mitoza, tokom kojeg se kopirana DNK ćelije razdvaja između dve rezultujuće ćerke ćelije. Uprkos nedavnom napretku u ćelijskoj biologiji, mehanizam kojim se DNK kondenzuje tokom mitoze je još uvek slabo shvaćen. Istraživači su nedavno pratili male delove DNK namotane oko histonskih proteina, nazvane nukleozomi, kako bi bolje okarakterisali ponašanje nukleozoma tokom ćelijske deobe.
DNK je organizovana kao hromatin, a to su dinamičke strukture koje se sastoje od DNK, RNK i proteina koji regulišu dostupnost gena za ekspresiju i celokupnu konfiguraciju genetskog materijala u ćeliji. Histonski proteini, na primer, su pozitivno naelektrisani proteini koji se vezuju za negativno naelektrisanu DNK. DNK se obavija oko ovih histonskih proteina i formira nukleozome, koji pomažu da se skoro šest stopa ljudske genomske DNK kondenzuje u jezgro prečnika samo 10 mikrometara.
Tokom mitoze, DNK se kondenzuje pre nego što se podeli između dve ćerke ćelije. Proteinski kompleks nazvan kondenzini je uključen u sastavljanje kondenzovanih hromozoma. Međutim, istraživači još uvek nisu sigurni kako ćelije postižu sklapanje hromozoma tokom ćelijske deobe.
Da bi se rešio ovoga, tim istraživača sa Nacionalnog instituta za genetiku u Mišimi, Japan, deo Istraživačke organizacije informacija i sistema (ROIS), koristio je snimanje sa jednim nukleosomom da otkrije faktore koji doprinose organizaciji i zbijanju hromozoma. tokom mitoze u živim ćelijama.
Tim je objavio studiju 25. avgusta u časopisu Nature Communications.
„Mitotičko sklapanje hromozoma je suštinski proces za prenošenje repliciranih hromozoma na dve ćerke ćelije tokom ćelijske deobe. Dok proteinski faktori poput kondenzina igraju ključnu ulogu u ovom procesu, nejasno je kako se nukleozomi, građevinski blokovi hromatina, ponašaju tokom sklapanja hromozoma i kako kondenzini deluju na nukleozome da organizuju hromozome.
„Da bismo proučavali ove tačke, pratili smo kretanje pojedinačnih nukleozoma tokom deobe ćelija u živim ljudskim ćelijama koristeći mikroskop super rezolucije“, rekao je Kazuhiro Maeshima, profesor na Nacionalnom institutu za genetiku i SOKENDAI (Diplomski univerzitet za napredne studije) u Mišimi. , Japan.
Tim je primetio da su nukleozomi mnogo više ograničeni tokom mitoze u poređenju sa ćelijama u interfazi. Nukleozomi su bili najviše ograničeni kada su se hromozomi pomerali na suprotne polove ćelije tokom anafaze, specifične faze ćelijske deobe. Ova ograničenja su olabavljena tokom telofaze, poslednje faze ćelijske deobe, kada počinje dekompaktacija hromozoma.
Tim je takođe izveo eksperimente sa iscrpljivanjem kondenzina da bi istražio proces ograničavanja tokom mitoze. Otkrili su da iscrpljivanje kondenzina izaziva abnormalne oblike hromozoma i povećano kretanje nukleozoma. Ovo zapažanje podržava model organizacije hromozoma u kojem kondenzini formiraju petlje za ograničavanje nukleozoma. Važno je da je Iuji Sakai sa Univerziteta Jokohama Citi bio u mogućnosti da rekapitulira svoja zapažanja koristeći računarsko modeliranje.
„Naši nalazi su otkrili da kako se hromozomi sastavljaju tokom ćelijske deobe, kretanje nukleozoma postaje sve ograničenije. Kondenzini funkcionišu kao ‘molekularni umreživači’, držeći nukleozome na mestu da bi organizovali hromozome. Pored toga, interakcije između nukleozoma, olakšane repovima histonskih proteina, pomoći u daljem zbijanju hromozoma“, rekao je Kajo Hibino iz Nacionalnog instituta za genetiku i SOKENDAI.
Računsko modeliranje tima i nedostatak kondenzina na periferiji hromozoma sugerišu da drugi ograničavajući faktori mogu doprineti kondenzaciji hromozoma tokom mitoze. Smanjivanjem pozitivnog naboja na histonskim proteinima sa reagensom trihostatinom A (TSA), istraživači su primetili povećano kretanje nukleozoma, slično rezultatima eksperimenata sa iscrpljivanjem kondenzina.
Sve u svemu, tim je otkrio da su kondenzini odgovorni za ograničavanje nukleozoma oko ose hromozoma tokom mitoze kroz formiranje petlje, i da interakcije nukleozoma i nukleozoma preko histonskih repova doprinose globalnoj kondenzaciji hromozoma. Potrebna su dalja istraživanja da bi se tačno utvrdilo kako kondenzini formiraju DNK petlje i kako interakcije nukleozoma i nukleozoma i formiranje petlje međusobno sastavljaju hromozome.
