Молекулярная застёжка-молния и ДНК-перемычка защищают фертильность

Каждая новая жизнь начинается после генетического перемешивания. Когда организмы создают яйцеклетки или сперматозоиды, материнские и отцовские хромосомы спариваются и обмениваются фрагментами ДНК в процессе, называемом кроссинговером. Этот обмен необходим: без хотя бы одного обмена на пару хромосом под угрозой оказываются фертильность и здоровое количество хромосом.

Экспериментальная установка для обратимой разборки синаптонемного комплекса в пахитенно-арестованных клетках ndt80∆ с помощью условной деSUMOилизации белка с использованием мутанта изопептидазы Smt3 ulp1^∆N-FRB. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09559-x

В то же время слишком много обменов — или слишком много разрывов ДНК, которые их инициируют, — могут навредить геному. Как клетки обеспечивают идеальный баланс? Команда исследователей под руководством Жуана Матоша из лабораторий Макса Перуца опубликовала ответы в журнале Nature.

Команда обнаружила, что крошечные структуры ДНК, называемые Холлидеевскими соединениями (Holliday junctions), — это не просто промежуточные ступени на пути к кроссинговеру, как долгое время считали учёные. Вместо этого они также помогают стабилизировать структуру, похожую на застёжку-молнию, известную как синаптонемный комплекс, который удерживает спаренные хромосомы вместе. Эта стабильность, в свою очередь, даёт клетке сигнал прекратить создавать дальнейшие разрывы ДНК, защищая геном от повреждений.

«Наша гипотеза заключалась в том, что Холлидеевские соединения — это нечто большее, чем пассивные связи ДНК, — объясняет руководитель группы Жуан Матош. — Они необходимы для построения и поддержания синаптонемного комплекса, обеспечивая спаривание хромосом до тех пор, пока не будут готовы к формированию кроссинговеры».

Чтобы проверить эту идею, первый автор статьи Адриан Хенггелер обратился к пекарским дрожжам — простому организму, который учёные часто используют в качестве модели человеческих клеток, поскольку он проходит мейоз сходным образом. Ему удалось «заморозить» миллионы дрожжевых клеток в тот самый момент, когда ДНК-перемычки и хромосомная «молния» присутствовали, но до того, как произошёл обмен. Затем, разрезав ДНК-перемычки с помощью уникального молекулярного инструмента, разработанного в лаборатории, он смог сразу увидеть, что произошло дальше.

«Одним из наших моментов озарения было наблюдение в реальном времени за тем, как синаптонемный комплекс рушится в тот же миг, когда перемычки были удалены, — говорит Хенггелер. — Это было именно то, что мы предполагали, внезапно разворачивающееся перед нашими глазами».

Без Холлидеевских соединений хромосомная «молния» распалась, образование новых разрывов ДНК возобновилось, и мейоз больше не мог правильно протекать.

«Это исследование раскрывает простой, но элегантный цикл обратной связи, — говорит Матош. — Как только кроссинговеры и хромосомная «молния» стабилизируются, клетка «понимает», что может прекратить создавать разрывы и безопасно продолжить мейоз».

Следующая задача — выяснить, действует ли тот же принцип у млекопитающих. Если это так, это может пролить свет на фундаментальные механизмы, которые защищают фертильность и поддерживают стабильность генома у разных видов.

Больше информации: Adrian Henggeler et al, Holliday junction–ZMM protein feedback enables meiotic crossover assurance, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09559-x

Источник: University of Vienna