Un nou studiu sugerează că cromozomii mitotici s-ar putea forma din „blocuri de construcție” preexistente de cromatină
În interiorul fiecărei celule umane, aproximativ 2 metri de ADN genomic trebuie copiați cu precizie și distribuiți în mod egal către două celule fiice în timpul diviziunii celulare. Pentru a realiza acest lucru, ADN-ul copiat este condensat în structuri scurte și groase numite cromozomi mitotici. Modul în care cromatina este organizată și condensată pentru a forma acești cromozomi a rămas mult timp o întrebare majoră în genetică și biologia celulară.
Într-o nouă lucrare de sinteză publicată în Trends in Genetics, Kazuhiro Maeshima, profesor, Masa A. Shimazoe, student absolvent la SOKENDAI, și Sachiko Tamura, membră a personalului tehnic din cadrul Laboratorului de Dinamică Genomică de la Institutul Național de Genetică, rezumă modelele istorice și progresele recente în înțelegerea formării cromozomilor mitotici.
Scheletul cromozomial prinde contur
În anii 1970, Ulrich K. Laemmli și colegii săi au descoperit că, chiar și după eliminarea biochimică a histonelor din cromozomii mitotici, rămânea o structură axială asemănătoare formei cromozomilor. Această structură a fost numită schelet cromozomial. Pe baza acestei descoperiri, modelul scheletului cromozomial a propus că proteinele non-histonice contribuie la determinarea structurii cromozomilor. Studii ulterioare au identificat condensinele și topoizomeraza IIα ca fiind componente majore ale scheletului cromozomial, iar aceste proteine sunt acum cunoscute pentru rolurile importante pe care le joacă în modelarea cromozomilor mitotici.
Proteinele întâlnesc fizica cromatinei
Cromozomii mitotici nu sunt formați pur și simplu din structuri ierarhice care conțin fibre regulate de cromatină de 30 nm. În schimb, ei sunt înțeleși acum ca structuri neregulate și dinamice modelate de multiple mecanisme moleculare și fizice.
„Formarea cromozomilor mitotici a fost adesea explicată prin proteine asociate cromozomilor, cum ar fi condensinele și topoizomeraza IIα. Aceste proteine sunt cu siguranță esențiale, dar nu reprezintă întreaga poveste”, a declarat Maeshima. „În această lucrare de sinteză, am dorit să conectăm aceste mecanisme bazate pe proteine cu proprietățile fizice ale cromatinei în sine.”
Lucrarea discută modul în care formarea buclelor de ADN de către condensine, încurcarea și dezîncurcarea ADN-ului de către topoizomeraza IIα, precum și forțele fizice precum interacțiunile electrostatice ale cozilor histonice, histona de legare H1, ionii de Mg2+ liberi și aglomerarea macromoleculară contribuie la formarea cromozomilor mitotici.
Domeniile interfazice ca blocuri de construcție ale cromozomilor
O idee cheie propusă în lucrare este că cromozomii mitotici ar putea să nu fie formați de la zero în timpul diviziunii celulare. În schimb, domeniile de cromatină condensată preexistente din nucleii interfazici ar putea funcționa ca „blocuri de construcție”. Aceste blocuri ar putea fi adunate, cross-linkate și reorganizate de condensine și forțe fizice pentru a forma cromozomii mitotici.
„Această perspectivă conectează cromatina interfazică și cromozomii mitotici ca structuri continue”, a spus Shimazoe. „În loc să construiască cromozomii mitotici de la zero, celulele ar putea folosi domenii de cromatină preexistente ca blocuri de construcție și să le reorganizeze în timpul mitozei.”
Lucrarea oferă un cadru nou pentru înțelegerea formării cromozomilor mitotici, pornind de la modelul scheletului cromozomial și integrând perspectivele moderne asupra condensinelor, topoizomerazei IIα și proprietăților fizice ale cromatinei.
