Описана природа связок между негомологичными хромосомами

Еще в 60-х годах прошлого века Малколм Фергюсон-Смит наблюдал связь между пятью парами акроцентрических хромосом в лейкоцитах человека. Однако физическая природа этого явления была не ясна. Международная группа исследователей под руководством Дженнифер Гертон определила, что эти связки формирует ДНК, кодирующая рибосомные РНК (рДНК). Они показали это при помощи FISH с использованием метки, специфичной к рДНК, и микроскопии структурированного освещения (SIM). Связки разрушаются при переходе от метафазы к анафазе и не мешают корректному расхождению хромосом в дочерние клетки.

Рибосомная ДНК у человека находится в коротких плечах 13, 14, 15, 21 и 22 акроцентрических хромосом. В интерфазе эти участки образуют ядрышко — область ядра, где рДНК транскрибируется, а полученная и процессированная рРНК собирается в рибосомные субъединицы.

Авторы статьи нашли рДНК-связки между негомологичными хромосомами в нескольких человеческих и мышиных клеточных линиях. Чаще всего связаны были две хромосомы, реже три и больше. Интересно, что в стволовых клетках связок относительно больше. Это коррелировало с более интенсивной транскрипцией рДНК, показанной посредством количественной ПЦР.

Исследователи провели нокдаун генов, работа которых связана с функционированием и организацией ядра. Оказалось, что на формирование связок влияют транскрипционные факторы c-Myc и UBF, регулирующие синтез рРНК: чем активнее идет ее транскрипция, тем больше образуется связок. На гибридах клеток человека и мыши и на человеческих тетраплоидах ученые показали, что неактивные области рДНК, образующиеся в результате ядрышкового доминирования, в формировании связок не участвуют.

Существуют два механизма образования связи между хромосомами: посредством когезинового комплекса, кольцом связывающего нити ДНК, или топоизомеразы II, вносящей двуцепочечные разрывы. Нокдаун субъединицы когезинового комплекса никак не повлиял на образование и разрушение рДНК связок, а оверэкспрессия топоизомеразы II привела к увеличению их количества. При этом ингибиторы топоизомеразы II нарушили расхождение связанных хромосом в митозе. Ученые сделали вывод, что топоизомераза II формирует переплетения между участками рДНК разных хромосом из-за их близкого расположения и высокой транскрипционной активности в интерфазе. А в митозе она отвечает за разрушение рДНК связок.

Стоит отметить, что короткие плечи акроцентрических хромосом являются сайтами слияния хромосом при робертсоновских транслокациях— частых хромосомных перестройках у человека. Авторы предположили, что рДНК связки могут обуславливать эти транслокации.