Mechanizmy odbudowy i replikacji chromosomów
Wcześniejsze badania wskazywały, że segregacja i naprawa chromosomów jest połączona bezpośrednio z dwoma ewolucyjnie chronionymi kompleksami białkowymi — kohezyną i Smc5/6. Celem finansowanego przez UE projektu GENOMIC STABILITY (Genomic stability - chromosome segregation and repair) były dalsze badania związku pomiędzy cząsteczkowymi mechanizmami stabilności genomu a dynamiką. Podczas powielania chromosomów nadrzędna cząstka DNA podlega zjawisku pozytywnego superzwijania w rejonie przed rozłożeniem widełek replikacyjnych. Powstające w ten sposób napięcie superspiralne (ST) zostaje usunięte przez topoizomerazy, które dopuszczają przejściowe pęknięcia DNA. Zjawisko superzwijania może ulec zmniejszeniu, jeśli rozkładane widełki obracają się wokół helisy DNA. Szczegóły rozłożenia napięcia superspiralnego spowodowanego replikacją w linowych chromosomach eukariotycznych są jednak w dużej mierze nieznane. Badacze wykazali, że stres ST zwiększa długość chromosomów drożdży Saccharomyces cerevisiae. Oznacza to, że napięcie superspiralne należy obsługiwać w skali chromosomowej, a nie tylko w topologiczne zamkniętych domenach chromosomowych. Co ważne, odkryto, że kompleks Smc5/6 wiąże chromosomy podczas replikacji DNA w sposób zależny od długości chromosomów. Kompleks był również niezbędny do rozkładu napięcia superspiralnego indukowanego replikacją w cząstce DNA. Jeśli ST nie zostanie usunięte, nastąpi replikacja blokady rozgałęzionej, co zwiększa ryzyko zmian w organizacji genomu. Wyniki projektu pozwoliły na utworzenie modelu, w którym Smc5/6 usuwa ST poprzez sekwestrację wzajemnych powiązań siostrzanych chromatyd. Wskazano również, że topologiczne napięcie zwiększa się wraz z wielkością chromosomów droższy oraz że jest to przyczyna wzorca wiązania Smc5/6 zależnego od długości. Powiązanie kompleksu Smc5/6 z chromosomem odbywało się pod kontrolą kompleksu kohezyny z powiązanymi siostrzanymi chromatydami do czasu podziału komórkowego. Podsumowując, dane sugerują, że interakcje pomiędzy napięciem superspiralnym, Smc5/6 a kompleksem kohezyny kontroluje stabilność struktury chromosomów oraz ich poprawną segmentacją podczas podziału komórkowego. To wskazuje, że zjawisko superzwijania DNA nie jest przeszkodą, a kluczową częścią mechanizmu segregacji chromosomów. Odkrycie to ma duże znaczenie w opracowywaniu leków przeciwnowotworowych.
Słowa kluczowe
Replikacja chromosomów, kohezyna, Smc5/6, GENOMIC STABILITY, superspiralne napięcie, nowotwór
