Lepidlo na chromozomy

Proteiny zvané koheziny zajišťují několik funkcí: drží nově vytvořené kopie chromozomů při sobě, zajišťují správný rozchod chromozomů v průběhu buněčného dělení a ovlivňují úspěšnou opravu DNA v případě jejího poškození. Vědci z Carnegie Institutu jako první zjistili, že koheziny jsou pro různé úkoly potřeba v různých koncentracích. Tento objev pomůže pochopit patofyziologii některých vývojových poruch - jako je například Robertsův syndrom, nebo syndrom Cornelia de Lange.

Výzkum byl založen na nové technice, která vědcům umožňuje u eukaryotních buněk postupně snižovat koncentraci proteinů v živých buňkách. Tato studie, která byla zveřejněna v květnovém čísle časopisu Current Biology, přináší nové světlo do problematiky vývojových poruch a do studií proteinů s mnohočetnými funkcemi.

„Jedním z největších překvapení je skutečnost, že pouze malé množství kohezinu, tedy proteinové lepidla držícího replikované chromozomy pohromadě, postačí pro proces buněčného dělení, přičemž právě to je podle nás jeho primární úloha" tvrdí Jill Heidinger-Pauli, vedoucí týmu vědců z Ústavu embryologie v Carnegie Institutu.

Buňka má čtyřfázový životní cyklus: růst (G1 fáze), syntéza (S fáze), růst (G2 fáze) a mitóza (M fáze). Během syntetické fáze se duplikuje DNA a z každého chromozomu vznikají dva identické dceřiné chromozomy - označované jako chromatidy. Ty musejí zůstat neustále spojené až do doby, kdy je buňka připravena na rozdělení. K tomu dojde až v posledním kroku buněčného cyklu - v mitóze, kdy chromozomy kondenzují a vytvářejí se struktury zvané dělící vřeténka.

Koheziny drží chromatidy neustále pohromadě, dokud není čas, aby mikrotubuly dělících vřetének chromatidy rozdělily a každou odtáhly na opačný pól buňky. Následně se rozdělí i samotná buňka a vzniknou dvě identické buňky dceřiné.

Koheziny mají ovšem mimo proces buněčného dělení i další důležité úlohy. Mají například zásadní roli při kondenzaci DNA a opravě jejího poškození. Usnadňují totiž opravu DNA tím, že udržují sesterské chromatidy pohromadě, což umožňuje v případě poškození DNA jedné chromatidy použít nenarušenou sekvenci z druhé chromatidy jako templát pro opravu. Tento mechanizmus je naprosto zásadní v prevenci ztráty genetické informace.

Aby mohli monitorovat, kolik kohezinu je potřeba pro různé procesy, pomohli si vědci jednoduchým trikem, kterým ovlivnili produkci kohezinu pomocí STOP kodonů. Kodon je úsek tří sousedních dusíkových bází, který během translace (překlad mRNA na ribozomu) může kódovat určitou aminokyselinu, nebo translaci zastavuje (tzv. STOP kodony). Pokud je translace zastavena předčasně (zařazením STOP kodonu), nedojde k vytvoření funkčního proteinu.

Vědci zařadili několik STOP kodonů hned na začátek sekvence kódující kohezin, čímž zamezili tvorbě kohezinu. To by normálně zapříčinilo smrt buňky, ovšem vědci do genomu zařadili i další mutaci, zvanou SUP53. Ta umožnila, aby STOP kodony náhodně kódovaly aminokyselinu, namísto zastavení translace, což vedlo k produkci různě sníženého množství kohezinu, který však nebyl nikterak pozměněn.

„Zjistili jsme, že procesy opravy DNA, kondenzace chromozomů a stability DNA repetitivních sekvencí byly všechny oslabeny při snížení hladiny kohezinu na 30 % normálních hodnot," poznamenal Heidinger-Pauli. Pozoruhodné je, že procesy soudržnosti sesterských chromatid a segregace chromozomů nebyly narušeny ani při poklesu hladiny kohezinu na pouhých 13 % normálních hodnot.

„Dále jsme zkoumali, jak snížené hladiny kohezinu ovlivňují jeho interakce s chromozomy. Normálně se kohezin váže po celé délce chromozomu, ovšem zjistili jsme, že při snížené hladině se kohezin preferenčně váže do oblasti okolo středu chromozomu. O této hierarchii jsme doposud nevěděli a pomáhá nám to vysvětlit, proč mohou být určité funkce kohezinu více ovlivněny než jiné."

Překlad: Antonín Šípek

Zdroj:

Scientists Surprised By Chromosome 'Glue'
http://www.medicalnewstoday.com/articles/188038.php