Это исследование, опубликованное в научном журнале с открытым доступом eLife, представляет новые методологии, которые также могут быть использованы для выявления других биологических проблем.Центромеры — это белковые структуры, присутствующие в хромосомах. Эти структуры задействуют необходимый молекулярный механизм, который управляет сегрегацией хромосом в дочерние клетки — процессом, необходимым для деления клеток.
Если расположение центромер изменяется или если белки, составляющие эти структуры, повреждены, могут возникнуть аномальные клеточные деления. Лаборатория Ларса Янсена вместе с другими исследовательскими группами определила компоненты центромер и обнаружила, что один белок, названный CENP-A, является центральным для функции центромеры.
Чего до сих пор не хватало, так это измерения количества присутствующих этих молекул, что важно для понимания того, как построены и поддерживаются центромеры.Дани Бодор, кандидат наук в лаборатории Янсена и первый автор этого исследования, объясняет контекст этого исследования: «Мы знали, что белок CENP-A играет решающую роль в формировании центромер.
Предыдущие исследования показали, что без этого белка клетки не смогли правильно делиться, что повлекло за собой последствия в количестве хромосом, переданных дочерним клеткам. Но сколько именно CENP-A требовалось для образования центромеры?
Нам нужно было найти способ подсчитать молекулы CENP-A, размер которых порядка нанометров (в 1.000.000 раз меньше 1 миллиметра) ".Исследовательская группа приступила к разработке инструментов, позволяющих проводить такие измерения. Используя современную генную инженерию, они слили ген, кодирующий флуоресцентный белок, с геном CENP-A.
Используя этот генетический трюк, все белки CENP-A, продуцируемые клетками, стали флуоресцентными. Затем исследователи наблюдали за этими клетками под микроскопом и смогли количественно оценить общее количество флуоресценции, присутствующей в клетке, и долю флуоресценции центромер. В конечном итоге эти измерения позволили им определить, что примерно 400 молекул CENP-A присутствуют на центромерах клеток человека.Дани Бодор говорит: «Нас вдохновила методология, используемая в дрожжах.
Но до сих пор никто не использовал ее для измерения молекул в более« сложных »клетках. Клетки дрожжей имеют более или менее одинаковую форму и объем, но человеческие клетки отличаются в формах и объемах, что увеличивает степень сложности при использовании таких методов ".Чтобы подтвердить точность своих расчетов, исследователи использовали два других метода.
Их результаты показали, что независимо от используемой техники они всегда достигают числа около 400.Ларс Янсен говорит: «Центромеры должны быть очень стабильными структурами, чтобы гарантировать точную передачу хромосом дочерним клеткам во время деления клеток. Когда клетки делятся, белки CENP-A распределяются между дочерними клетками, и количество молекул, которые каждая клетка может принимать разные значения.
Имея 400 молекул, клетка может гарантировать, что достаточное количество CENP-A передается для образования центромер. Расчет количества молекул CENP-A позволяет нам предложить механистическую основу, которая может объяснить образование и наследование центромер ».
Когда его спросили о технических трудностях, с которыми пришлось столкнуться во время этого исследования, Ларс ответил: «Мы потратили 5 лет на то, чтобы провести эту работу, и наверняка мы не смогли бы сделать это 10 лет назад. Нам необходимо постоянно разрабатывать новые методы, чтобы иметь возможность пойти дальше и ответить на новые вопросы, даже на старые биологические проблемы.
В биологии мы подошли к тому моменту, когда все больше и больше лабораторий начинают изучать количественные аспекты изучаемой ими биологической проблемы. Используемые нами методы могут оказаться весьма полезными. для этого."
Ларс Янсен получил консолидирующий грант Европейского исследовательского совета (ERC) в начале этого года, чтобы продолжить свои исследования центромер и механизмов, которые контролируют достоверную передачу негенетической информации от материнских клеток к дочерним.