Ученые раскрыли механизм, как ДНК копируется без потери связи между сестринскими хроматидами

Исследователи из Института Фрэнсиса Крика совершили прорыв в понимании того, как молекулярная машина репликации ДНК взаимодействует с когезином — белковым комплексом, удерживающим сестринские хроматиды вместе перед делением клетки. Две работы опубликованы 16 сентября 2025 года в журналах Cell и Molecular Cell.

Когезин загружается на двойную спираль ДНК до репликации (слева). Реплисома проходит вдоль двойной спирали, разделяя её и производя две идентичные сестринские копии. Команда стремилась понять, как репликационная машина преодолевает кольцо когезина, обеспечивая захват обеих сестринских хроматид после репликации (справа). Автор: Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.08.028

Ученые под руководством Джона Диффли и Франка Ульмана использовали метод биологической реконструкции, чтобы в реальном времени наблюдать за процессом. Аспирант Сэмсон Глейзер провел эксперименты, добавляя ферменты реплисомы к ДНК с предварительно нагруженным когезином.

Исследователи записали взаимодействие когезина и реплисомы во времени, что позволило им увидеть, как реплисома (в центре) проходит через кольцо когезина (зеленое) во время репликации ДНК (белые нити). Автор: Сэмсон Глейзер, Cell.

«Когда мы добавили реплисому, в некоторых случаях мы наблюдали, как она проходит через кольцо», — говорит Глейзер. Это подтвердило гипотезу о том, что когезин — гибкая структура, позволяющая репликационной машине проходить.

Ключевую роль в этом процессе играют ДНК-полимеразы — ферменты, синтезирующие новую цепь ДНК. При их удалении прохождение реплисомы замедлялось или полностью блокировалось.

Коллега Глейзера, Масаси Минамоно, обнаружил, что процесс не всегда идеален: иногда когезин охватывает только одну копию ДНК после репликации. В таких случаях вмешивается «загрузчик когезина», который втягивает вторую хроматиду в кольцо.

Графическая аннотация. Автор: Molecular Cell (2025). DOI: 10.1016/j.molcel.2025.08.026

«Копирование ДНК — один из важнейших биологических процессов, поэтому логично, что природа предусмотрела несколько способов удержания двух продуктов репликации вместе», — отмечает Ульман.

Эксперименты с использованием 2D-гель-электрофореза показали, как когезин часто охватывает только один из двух продуктов репликации ДНК. Более темная полоса в правом нижнем углу — это когезин вокруг всего одного продукта репликации. Автор: Масаси Минамоно, Molecular Cell.

Открытие не только отвечает на давние вопросы, но и открывает новые направления для исследований, включая изучение того, как именно ДНК-полимеразы облегчают прохождение через когезиновое кольцо.