Ученые выяснили, как хромосомы находят правильную пару перед делением
Повторяющиеся участки ДНК, которые долго считались генетическим «мусором», служат своеобразными «штрихкодами» для распознавания парных хромосом у дрозофил.
Источник: Skrutl L., et al, Nat Commun 17 2026
МОСКВА, 26 августа. /Новости науки/. Так называемая "спутниковая ДНК" помогает хромосомам дрозофил распознавать правильного партнера перед мейозом. Об этом говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications.
Такое распознавание необходимо для правильного распределения хромосом во время мейоза. Перед этим процессом материнская и отцовская версии одной и той же хромосомы должны найти друг друга среди множества хромосом в клеточном ядре и временно образовать пару. Ошибки при спаривании могут привести к неправильному распределению хромосом.
«Это показало нам, что спутниковая ДНК служит средством распознавания и гарантирует, что хромосомы, которые должны быть вместе, надежно находят друг друга», — заявили авторы исследования.
Ученые изучали этот процесс при формировании яйцеклеток у самок плодовых мушек Drosophila. Исследование показало, что каждой паре хромосом соответствуют характерные наборы повторяющихся последовательностей спутниковой ДНК. Авторы сравнили эти наборы со штрихкодами на товарах: они помогают соответствующим хромосомам распознавать друг друга.
Спутниковая ДНК представляет собой повторяющиеся последовательности, занимающие значительные участки геномов животных. Долгое время такие участки считали бесполезной «мусорной ДНК», поскольку они не содержат инструкций для производства белков. Кроме того, предыдущие исследования не позволяли определить их роль в мейозе.
В частности, удаление повторов спутниковой ДНК только с одной хромосомы не нарушало ее спаривание. Авторы новой работы объяснили этот результат тем, что все остальные пары с сохранившимися «штрихкодами» продолжали находить своих партнеров. В результате две оставшиеся хромосомы могли найти друг друга подобно последним двум закрытым карточкам в игре на запоминание.
Поэтому исследователи удалили характерные участки спутниковой ДНК уже у двух разных хромосом, оставив без распознавательных ориентиров две пары. После этого выбор партнеров нарушился: хромосомы стали часто соединяться с неправильными партнерами. Это показало, что характерные последовательности спутниковой ДНК участвуют в распознавании соответствующих хромосом.
Ученые также установили, что одного распознавания недостаточно. Для соединения хромосом необходим белок D1, выполняющий роль своеобразного молекулярного «клея». Он распознает соответствующие «штрихкоды» спутниковой ДНК, связывается с ними и удерживает хромосомы вместе.
Если распознавательная последовательность одной из двух хромосом изменяется, например из-за удаления части «штрихкода» или естественных мутаций, белок D1 может связать две хромосомы, которые не должны образовывать пару. В результате спаривание происходит неправильно.
Авторы исследования подчеркивают, что работа объясняет распознавание пар хромосом именно у плодовых мушек Drosophila. Универсален ли этот механизм и действует ли он, в частности, у человека, пока не исследовалось.
Результаты работы также указывают на возможную роль спутниковой ДНК в образовании новых видов. Такие последовательности изменяются значительно быстрее остальной части генома. Пока особи одной популяции размножаются между собой, их хромосомные «штрихкоды» остаются похожими благодаря постоянному смешиванию генетического материала.
Если популяция оказывается географически изолированной, спутниковая ДНК в разделенных группах может изменяться независимо. При слишком сильном расхождении распознавательных последовательностей возникают нарушения мейоза, которые могут препятствовать размножению между представителями этих групп.
С этой идеей, как отмечается в материале, согласуются исследования скрещивания Drosophila melanogaster и родственного вида Drosophila simulans. Эти виды разошлись два-три миллиона лет назад. Их хромосомные «штрихкоды» теперь различаются настолько, что у гибридов во время мейоза возникают серьезные нарушения образования пар хромосом.
Такое распознавание необходимо для правильного распределения хромосом во время мейоза. Перед этим процессом материнская и отцовская версии одной и той же хромосомы должны найти друг друга среди множества хромосом в клеточном ядре и временно образовать пару. Ошибки при спаривании могут привести к неправильному распределению хромосом.
«Это показало нам, что спутниковая ДНК служит средством распознавания и гарантирует, что хромосомы, которые должны быть вместе, надежно находят друг друга», — заявили авторы исследования.
Ученые изучали этот процесс при формировании яйцеклеток у самок плодовых мушек Drosophila. Исследование показало, что каждой паре хромосом соответствуют характерные наборы повторяющихся последовательностей спутниковой ДНК. Авторы сравнили эти наборы со штрихкодами на товарах: они помогают соответствующим хромосомам распознавать друг друга.
Спутниковая ДНК представляет собой повторяющиеся последовательности, занимающие значительные участки геномов животных. Долгое время такие участки считали бесполезной «мусорной ДНК», поскольку они не содержат инструкций для производства белков. Кроме того, предыдущие исследования не позволяли определить их роль в мейозе.
В частности, удаление повторов спутниковой ДНК только с одной хромосомы не нарушало ее спаривание. Авторы новой работы объяснили этот результат тем, что все остальные пары с сохранившимися «штрихкодами» продолжали находить своих партнеров. В результате две оставшиеся хромосомы могли найти друг друга подобно последним двум закрытым карточкам в игре на запоминание.
Поэтому исследователи удалили характерные участки спутниковой ДНК уже у двух разных хромосом, оставив без распознавательных ориентиров две пары. После этого выбор партнеров нарушился: хромосомы стали часто соединяться с неправильными партнерами. Это показало, что характерные последовательности спутниковой ДНК участвуют в распознавании соответствующих хромосом.
Ученые также установили, что одного распознавания недостаточно. Для соединения хромосом необходим белок D1, выполняющий роль своеобразного молекулярного «клея». Он распознает соответствующие «штрихкоды» спутниковой ДНК, связывается с ними и удерживает хромосомы вместе.
Если распознавательная последовательность одной из двух хромосом изменяется, например из-за удаления части «штрихкода» или естественных мутаций, белок D1 может связать две хромосомы, которые не должны образовывать пару. В результате спаривание происходит неправильно.
Авторы исследования подчеркивают, что работа объясняет распознавание пар хромосом именно у плодовых мушек Drosophila. Универсален ли этот механизм и действует ли он, в частности, у человека, пока не исследовалось.
Результаты работы также указывают на возможную роль спутниковой ДНК в образовании новых видов. Такие последовательности изменяются значительно быстрее остальной части генома. Пока особи одной популяции размножаются между собой, их хромосомные «штрихкоды» остаются похожими благодаря постоянному смешиванию генетического материала.
Если популяция оказывается географически изолированной, спутниковая ДНК в разделенных группах может изменяться независимо. При слишком сильном расхождении распознавательных последовательностей возникают нарушения мейоза, которые могут препятствовать размножению между представителями этих групп.
С этой идеей, как отмечается в материале, согласуются исследования скрещивания Drosophila melanogaster и родственного вида Drosophila simulans. Эти виды разошлись два-три миллиона лет назад. Их хромосомные «штрихкоды» теперь различаются настолько, что у гибридов во время мейоза возникают серьезные нарушения образования пар хромосом.
