Ген, виновный в нарушении числа хромосом, а значит, в синдроме Дауна и других хромосомных заболеваниях, удалось найти. Ученые даже выяснили, как меняется активность мутантного гена с возрастом.
Недостаток или избыток хромосом у человека связан с тяжелыми болезнями. Случается, что вместо двух копий какой-либо хромосомы в клетках присутствуют три. Так возникают синдром Дауна (трисомия по хромосоме 21), синдром Эдвардса (трисомия по хромосоме 18), синдром Патау (трисомия по хромосоме 13). С другой стороны, неправильное число хромосом часто приводит к невынашиванию беременности.
Нарушение числа хромосом -- анеуплоидия -- у плода возникает тогда, когда в оплодотворении участвует яйцеклетка с таким дефектом. Но о причинах образования таких яйцеклеток до сих пор известно очень мало.
Объяснить это явление, по крайней мере частично, попытались Франческо Марчетти (Francesco Marchetti) и его коллеги из Национальной лаборатории Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) и Университета Теннесси (University of Tennessee) в Ноксвилле (Knoxville).
Белок контролирует веретено
Ученые работали на мышах с мутацией гена Bub1. Ген выбран неслучайно: белок Bub1 играет важную роль в специфическом делении клеток -- мейозе, в результате которого из клеток организма с двойным набором хромосом (диплоидных) образуются половые клетки с одинарным набором хромосом (гаплоидные).
Важнейшая стадия деления -- расхождение хромосом по полюсам клетки, из которых возникают две дочерние клетки. Это происходит при помощи так называемого веретена деления, состоящего из белковых микротрубочек. Нити веретена прикрепляются к серединам хромосом к структуре под названием кинетохор (или центромера) и, сокращаясь, растаскивают гомологичные хромосомы по полюсам.
Белок Bub1 играет важнейшую роль в контроле над ходом расхождения хромосом. Он состоит из двух доменов, один из которых прикрепляется к хромосоме, а второй, представляющий собой киназу -- фермент переноса фосфатной группы, отвечает за привлечение других ключевых белков к работе веретена деления.
Неправильный дележ хромосом
Мутантный ген производил усеченный белок Bub1, у которого отсутствовал домен-киназа, поэтому он не мог рекрутировать другие нужные белки. Поэтому нарушался процесс расхождения хромосом, и получались яйцеклетки с недостающей и с избыточной хромосомой.
Самки мышей, у которых мутантный ген Bub1 присутствовал в двух копиях, стали бесплодными -- их эмбрионы не выживали. Самки мышей с одной копией мутантного гена (другой ген был нормальным) рождали очень малое число детенышей (в среднем 1,7 в помете). Хотя в их яичниках созревало такое же количество яйцеклеток, что и у нормальных мышей. Однако когда ученые искусственно оплодотворили эти яйцеклетки, большая часть зигот содержала неправильное число хромосом. Из 47 зигот 15 отличались недостатком хромосом, а 23 имели лишние хромосомы.
Чем старше, тем больше риск
Влияние мутантного гена усиливалось с возрастом. У мышей в возрасте 14 недель анеуплоидные зиготы возникали достоверно чаще, чем у мышей в возрасте восьми недель. А мыши в возрасте 24 недель и старше не имели потомства.
Особенность мутантного гена Bub1 в том, что он оказывает влияние только на самок. Если самец с мутантной копией гена скрещивается с нормальной самкой, то рождается нормальное количество детенышей с нормальным количеством хромосом. Если наоборот -- то возникает анеуплоидия. Значит, рассуждают ученые, мутация нарушает только созревание яйцеклеток, но не сперматозоидов. Почему так -- еще не совсем понятно. Возможно, механизмы работы веретена деления при образовании мужских и женских половых клеток в чем-то различаются.
Ученые считают, что мутация гена Bub1 может быть виновата и в нарушении числа хромосом в яйцеклетках женщин, и, следовательно, быть причиной невынашивания плода или тяжелых заболеваний их детей. Давно известно, что риск этой патологии увеличивается с возрастом матери. В то же время есть данные, что в яйцеклетках немолодых женщин снижается уровень мРНК гена Bub1, а значит, в них не хватает этого ключевого белка.
Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
