Хромосомы оказались наполовину «негенетическими» — Naked Science
7 минут
Редакция

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.
20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

Позавчера, 11:36
5 минут
Илья Ведмеденко

Разработанный для NASA космический аппарат OSIRIS-REx коснулся поверхности Бенну — небольшого околоземного астероида, входящего в группу Аполлонов. Возвращение зонда на Землю запланировано на 2023 год.

Вчера, 09:40
5 минут
Сергей Васильев

Американского жука Nosoderma diabolicum не раздавит даже проехавший по нему автомобиль: жесткие надкрылья насекомого выдерживают огромные нагрузки благодаря необычным структурам, напоминающим соединение деталей пазла.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

16 октября
6 минут
Василий Парфенов

Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.

19 октября
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: