Группа исследователей под руководством Андреа Музаккио из Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде и Джефа Буке из Медицинской школы Гроссмана при Нью–Йоркском университете определила эволюционный путь центромер – критически важных участков хромосом, отвечающих за деление клеток. Исследование разрешает многолетний «парадокс центромер», объясняя, как жизненно важные элементы генома могут радикально менять свою структуру, сохраняя неизменную функцию.
Центромеры присутствуют почти у всех форм жизни и выполняют одну и ту же задачу: они служат точкой крепления для клеточного механизма, который распределяет хромосомы между дочерними клетками. Несмотря на фундаментальную роль, их структура у разных видов существенно различается. Если у большинства организмов центромеры состоят из протяженных повторяющихся участков ДНК, то у пекарских дрожжей они представляют собой предельно малые и точно определенные последовательности, называемые точечными центромерами.
В ходе работы ученые обнаружили промежуточную форму – так называемую прото–точечную центромеру – у родственных видов дрожжей. Это открытие позволило проследить переход от сложных предковых структур к современным компактным версиям. Выяснилось, что строительным материалом для эволюционной перестройки послужили фрагменты ретротранспозонов, или «прыгающих генов». Эти элементы паразитической ДНК были адаптированы клеткой и превращены в функционально значимые участки генома.
Тот факт, что белковый аппарат, отвечающий за деление, остается консервативным на протяжении миллионов лет, в то время как ДНК центромер эволюционирует стремительно, долгое время ставил биологов в тупик. Новые данные показывают, как природа использует «генетический мусор» для создания фундаментальных хромосомных структур. Результаты работы демонстрируют один из наиболее радикальных примеров генетической трансформации, когда эгоистичные элементы ДНК становятся основой для механизмов выживания организма.
В дальнейшем исследовательская группа намерена изучить, каким образом кинетохор – белковый комплекс, распознающий центромеры, – подстраивается под столь масштабные изменения в структуре ДНК. Ученые также планируют выяснить, насколько часто эволюция использует мобильные генетические элементы для перестройки ключевых узлов хромосом у других видов живых существ.
