Чудо природы
Когда человеческая клетка начинает деление, ее 23 хромосомы дублируются в идентичные копии, которые остаются соединенными в области, называемой центромерой. Здесь находится кинетохора, сложный комплекс белков, который связывается с нитевидными структурами, микротрубочками.
По мере развития митоза кинетохора дает микротрубочкам зеленый свет, чтобы разорвать копии ДНК по направлению к новым формирующимся клеткам. "Кинетохора – красивая, безупречная машина: вы почти никогда не потеряете хромосому в нормальной клетке!,"говорит Мусаккио. «Мы уже знаем белки, из которых он состоит, но важные вопросы о том, как работает кинетохора, все еще остаются открытыми: как она восстанавливается во время репликации хромосомы? Как он связывается с микротрубочками? И как он их контролирует?"
Стремление жизни
Поиск ответов Мусаккио начался более 20 лет назад и руководствовался простым девизом: «Прежде чем мы поймем, как что-то идет не так, мы лучше поймем, почему и как все работает."Поэтому он приступил к миссии по восстановлению кинетохоры in vitro.
В 2016 году он смог синтезировать частичную кинетохору из 21 белка. В новой публикации Мусаккио, аспирант Кай Вальштейн и их коллеги из MPI Dortmund смогли полностью реконструировать систему: все субъединицы, от тех, которые связывают центромеру, до тех, которые связывают микротрубочки, теперь присутствуют в правильные числа и стехиометрия.
Ученые доказали, что новая система функционирует должным образом, успешно заменив части исходной кинетохоры в клетке искусственными. "Это настоящая веха в реконструкции объекта, который существует в неизменном виде во всех эукариотических клетках уже более одного миллиарда лет!,"говорит Мусаккио. Этот прорыв открывает путь к созданию синтетических хромосом, несущих функции, которые могут быть воспроизведены в организмах. «Потенциал для биотехнологических приложений может быть огромным», – говорит он.
На белковой фабрике
Ученым MPI пришлось преодолеть серьезное препятствие, чтобы восстановить кинетохору, а именно полностью реконструировать очень гибкий центромерный протеин C (CENP-C).
Это важный белок, который связывает центромерную область с внешними белками кинетохоры. Исследователи восстановили CENP-C, «склеив» два его конца.
Высокоорганизованная лаборатория, похожая на фабрику, необходима для воссоздания сложных белковых ансамблей. Для каждого белка кинетохоры ученые MPI построили производственный конвейер, чтобы изолировать гены, экспрессировать их в клетках насекомых и собирать их. «Когда мы собираем их вместе in vitro, эти белки защелкиваются, образуя кинетохоры, точно так же, как части LEGO, следуя инструкциям», – говорит он.
Однако, кроме известных игрушек, каждый кинетохорный белок имеет другой интерфейс и взаимодействие с более близкими белками.
Теперь группа перейдет на следующий уровень сложности: исследует, как кинетохора функционирует и взаимодействует в присутствии микротрубочек и поставляемой энергии (в форме АТФ).
Проект недавно получил грант ERC Synergy Grant и будет осуществляться международной командой, состоящей из группы Мусаккио и исследователей из Кембриджа, Великобритания, и Барселоны, Испания.