22.11.2016
Редакция Naked Science

Хромосомы оказались наполовину «негенетическими»

Международная группа ученых разработала новую технику микроскопии и обнаружила, что «негенетическая» часть митотических хромосом может составлять до половины их объема. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Cell.

Хромосомы — это комплексы белков и нуклеиновых кислот, которые находятся в ядрах клеток эукариот. Поскольку в этом случае клетки делятся с помощью митоза, их хромосомы называют митотическими. Примечательно, что первые описания этих структур датируются еще XIX веком, однако, несмотря на развитие техник микроскопии, точное устройство митотических хромосом до сих пор неизвестно. Их изучение осложняется тем, что наблюдать хромосомы можно только во время митоза, когда они достаточно плотно упакованы и сохраняют форму.

 

Большинство моделей, объясняющих устройство хромосом, исходит из того, что хроматин — собственно белки, ДНК и РНК — занимает почти весь их объем. Вместе с тем недавние исследования показали, что деление клетки также зависит от присутствия на хромосомах антигена Ki-67. В ходе митоза этот белок покидает ядрышко хромосомы (интерфаза) и к окончательному делению клетки (телофаза) перемещается на периферию хромосомы. При этом слой Ki-67, покрывающий хромосому, может составлять до 160 нанометров.

 

Чтобы проверить эти наблюдения, ученые из Эдинбургского университета и других учреждений разработали технику микроскопии 3D-CLEM. В ее основе лежит сочетание световой и сканирующей электронной микроскопии (SBF SEM) с компьютерным моделированием. На первом этапе световой микроскоп фиксирует компоненты хромосом с помощью флуоресцентных меток, после чего изображение сопоставляется с контрастным электроноплотным «пятном» от сканирующего микроскопа. Затем на базе полученных данных строится 3D-модель.

 

Последовательность выполнения 3D-CLEM. / © Daniel G. Booth et al., Molecular Cell, 2016

 

Метод тестировался на клетке с одной копией альфоидной ДНК в искусственной хромосоме человека (HAC), а также линии клеток пигментного эпителия (RPE1) с 46 человеческими хромосомами. Наблюдения проводились в различных фазах митоза, в частности на ранней профазе (первое возникновение хромосом) и метафазе. После рендеринга система позволила детально рассмотреть все основные участки хромосом: кинетохор (белковая структура в центромере), белок структурной поддержки (SMC2) и периферический Ki-67, и оценить их размер.

 

Сравнение хромосом RPE1 показало, что в метафазе их общий объем составил 176 кубических микрометров против 110 кубических микрометров в профазе. Это противоречило недавнему исследованию, проведенному только с помощью световой микроскопии: 450–800 против 240 кубических микрометров соответственно. При этом новые данные светового микроскопа также оказались завышены, но в пользу профазы: 635 против 256 кубических микрометров. Показатели искусственной хромосомы были изъяты из рассмотрения из-за небольшого размера.

 

Соотношение белковой массы на периферии хромосом. Несмотря на толщину слоя, содержание в хромосомах Ki-67 составляет лишь 1,6 процента. / © Daniel G. Booth et al., Molecular Cell, 2016

 

Отдельно ученые проанализировали объем Ki-67 и его роль в процессе митоза. Для этого они моделировали ситуацию, когда часть хромосом RPE1 не имела этого антигена. В результате наблюдаемыми остались только 20 хромосом, тогда как остальные «слиплись» — это согласуется со структурирующей ролью Ki-67. Толщина сохранного слоя белка на хромосомах составила около 70 нанометров в профазе, или 30–47 процентов от объема хромосом в зависимости от фазы. Таким образом, на хроматин приходилось лишь 53–70 процентов объема хромосом.

 

По словам авторов, результаты стали неожиданными даже для них самих. Метод 3D-CLEM они назвали новаторским, поскольку он впервые позволил подтвердить предположения о необоснованности теории, царившей последний сто лет. «Нам предстоит пересмотреть свои представления об устройстве хромосом и особенностях их сегрегации во время деления клеток. Ведь оказалось, на этом этапе генетический материал покрывается толстым слоем совсем другого материала», — сообщил соавтор работы Билл Ирншоу (Bill Earnshaw).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
29 ноября
Ольга Иванова

Шведские психологи показали: те, кто доверяет астрологии, как правило, обладают более низким уровнем интеллекта и большей самовлюбленностью по сравнению с теми, кто в нее не верит.

29 ноября
Василий Парфенов

Польские ученые-полярники засняли редкое событие — охоту полярного медведя не на морскую добычу, а наземную. Правда, молниеносная атака все равно произошла в воде. Подобное поведение северного хищника впервые удалось запечатлеть на видео.

29 ноября
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: