Как хромосомы предохраняются от опасного слияния
Хромосомы в клеточном ядре не сливаются между собой, однако подобные катастрофы происходили бы регулярно, если бы не белок, известный как TRF2. Ученые исследовательского института Скриппса расшифровали ключевые компоненты механизма, благодаря которому этот белок выполняется свою защитную функцию. Эти данные являются значимым достижением для клеточной биологии: они помогут лучше разобраться в процессах озлокачествления клеток и старения организма.
По словам руководителя исследования доцента Эроса Лаццерини Денчи (Eros Lazzerini Denchi), клетки распознают концевые участки хромосом как зоны повреждения ДНК, и без белка TRF2 они неизбежно предпринимали бы попытки устранить повреждения путем слияния двух хромосом. Ранее было принято считать, что TRF2 играет пассивную роль, заключающуюся в укрытии концевых фрагментов хромосом от внутриклеточных систем репарации ДНК. Однако оказалось, что этот белок активно подавляет клеточные реакции, направленные на восстановление подобных ложных повреждений.
TRF2 входит в состав защитных белковых групп, локализующихся на концевых участках хромосом – теломерах. Теломеры укорачиваются во время каждого деления клетки и при достижении критичной длины утрачивают белок TRF2. Это приводит к запуску механизмов восстановления повреждений ДНК, соединяющих лишенные защитных групп хромосомы между собой. Результатом этого является гибель клеток или, в некоторых случаях, их неконтролируемое деление, приводящее к формированию злокачественной опухоли.
В 2007 году Денчи обнаружил, что одним из механизмов действия TRF2 является блокирование определенного сигнального механизма, вовлеченного в запуск процесса восстановления повреждений ДНК. В рамках последней работы, которую он и его коллеги посвятили более детальному изучению защитных функций этого белка, ученые установили, что для защиты концевых участков хромосом белок TRF2 использует двухкомпонентный механизм.
Молекула TRF2 состоит из четырех функциональных доменов, функции каждого из которых были проанализированы путем создания вариантов белковой молекулы, в которой один или более функциональных доменов были заменены нефункциональными компонентами. Изучение поведения таких искусственных белков в клетке позволило ученым разграничить функции отдельных доменов белка TRF2.
Оказалось, что два домена выполняют независимые друг от друга роли в подавлении реакций, направленных на восстановление повреждений ДНК. Один из них, TRFH, блокирует первый этап запуска механизма восстановления ДНК – локализацию фактора повреждения ДНК, известного как gammaH2AX. Это достигается путем структурного изменения теломеры, обеспечивающего ее «укрытие» от системы восстановления повреждений ДНК. Еще один регион белка TRF2, получивший название iDDR (от англ. «inhibitor of the DNA damage response pathway» – ингибитор механизма восстановления повреждений ДНК), независимо активно подавляет передачу сигнала о повреждении ДНК компонентам соответствующего сигнального механизма, находящимся ниже gammaH2AX.
Эффекты домена iDDR частично обусловлены запуском ферментативной активности, ассоциированной с геном-супрессором опухолевого роста BRCA1. Дефекты этого гена ассоциированы с некорректным восстановлением повреждений ДНК, нестабильностью генома и чрезвычайно высоким риском развития рака. (Определенные мутации гена BRCA1 повышают риск развития рака молочной железы или яичников в течение жизни более чем на 50%.) Новые данные свидетельствуют о том, что дефекты BRCA1 могут приводить и к снижению эффективности защиты теломер.
В настоящее время авторы планируют эксперименты на клеточных линиях и трансгенных мышах, которые позволят им еще больше углубиться в механизмы функционирования TRF2, в особенности в аспекты его взаимосвязи с активностью гена BRCA1.
Статья Keiji Okamoto et al. A two-step mechanism for TRF2-mediated chromosome-end protection опубликована в журнале Nature.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Scripps Research Institute:
Scripps Research Institute Scientists Discover How Chromosomes Keep Their Loose Ends Loose.
07.02.2013