Разгадана вековая тайна «короны» клеточного деления

Микроскопическое изображение короночных кинетохор (зелёные) во время деления клетки. Автор: Институт молекулярной физиологии Общества Макса Планка

Деление клетки — один из самых тщательно изученных процессов в биологии, однако многие его детали остаются загадкой. Вековая головоломка, связанная с «короной» клеточного деления — короночным кинетохором — была наконец разгадана Вереной Кментовски и Андреа Музаккио из Института молекульной физиологии Общества Макса Планка в Дортмунде.

Их исследование, опубликованное в Science Advances, показывает, что корона собирается двумя параллельными путями, начиная с небольшого белкового «семени» и расширяясь в многофункциональный комплекс, обеспечивающий точное расхождение хромосом — и, следовательно, верную передачу жизни от одного поколения к другому.

20-летний путь

Белки являются рабочими лошадками клетки, но многие функционируют только как часть более крупных белковых машин. Эти комплексы выполняют важнейшие задачи, такие как сокращение мышц, производство энергии и регуляция генов. Одна из крупнейших и наиболее сложных таких машин — кинетохор, центральный узел механизма деления клетки.

Кинетохор соединяет хромосомы с веретеном микротрубочек, исправляет ошибки прикрепления и запускает разделение сестринских хроматид. Он построен из более чем 100 белков, сгруппированных примерно в 30 субкомплексов. Его внешний слой — структура, известная как корона.

Изучение кинетохора — огромная проблема. Нельзя просто извлечь его из клетки и проанализировать — его размер, многослойная конструкция и интеграция с другими клеточными структурами делают его чрезвычайно трудным для изучения

За последние два десятилетия его команда постепенно воссоздавала в лаборатории всё большие части кинетохора, достигнув почти полной реконструкции и 3D-структурной карты — вехи в этой области. Лишь недавно им удалось восстановить саму корону, определив её основные компоненты и общую архитектуру. Однако то, как эта «корона» собирается, оставалось загадкой — до сих пор.

Корона раскрыта

«Корона хранит некоторые из самых интригующих секретов кинетохора», — говорит Кментовски, бывшая аспирантка лаборатории Музаккио. — «Её сборка и разборка имеют решающее значение, поскольку они обеспечивают правильное выравнивание хромосом и регулируют время разделения через контрольные точки сигнализации».

Работа Кментовски показывает, что формирование короны начинается всего с двух белков, BUB1 и BUBR1. Вместе они действуют как семя, инициируя цепь взаимодействий, которые приводят к сборке короны. С этой отправной точки структура расширяется по двум независимым, но взаимосвязанным путям, создавая кооперативную и устойчивую архитектуру.

В ранней митозе корона помогает направлять хромосомы к экватору веретена и обеспечивать их правильное расположение. Позже, после прикрепления микротрубочек к хромосомам, корона разбирается, давая сигнал для разделения хромосом. Оба этапа необходимы для точного распределения хромосом.

На короне лежит тяжёлое бремя — ошибки в этом процессе могут привести к серьёзным проблемам развития и заболеваниям. Механизм сборки по двойному пути, который мы обнаружили, обеспечивает устойчивость, делая корону устойчивой к временным колебаниям и позволяя ей оставаться связанной с хромосомами так долго, как это необходимо

Больше информации: Verena Cmentowski et al, The BUB1 and BUBR1 paralogs scaffold the kinetochore fibrous corona, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.ady6890

Источник: Max Planck Society