Ученые из Института Фрэнсиса Крика выяснили, что «водитель ритма» деления дрожжевых клеток находится не снаружи ядра, как считалось раньше, а внутри. Такое расположение помогает сохранять стабильность генома — ведь ключевой регулятор клеточного цикла работает в одном компартменте с ДНК.

Результаты опубликованы в издании Nature.

Главный дирижер деления клетки — циклин-зависимая киназа (CDK). Она запускает каскад сигналов, ведущих к удвоению содержимого клетки и ее разделению на две дочерние. Но CDK работает только в паре с циклином. Именно этот дуэт решает, когда клетка начнет делиться.

Долгое время считалось, что CDK активируется в центросоме — структуре в цитоплазме, которая собирает «инструменты» для деления. Однако Нитин Кападия, постдок из лаборатории клеточного цикла, доказал, что все начинается в ядре.

Он создал сенсоры, которые в реальном времени отслеживали активность CDK в ядре и цитоплазме. Оказалось, что сначала сигнал появляется в ядре, и лишь потом — снаружи. Дальше Нитин пометил циклины флуоресцентными метками и увидел: как только их уровень в ядре падает, в цитоплазме — растет. Значит, часть активных комплексов CDK-циклин экспортируется из ядра, чтобы запустить следующие этапы деления.

При этом ядро сохраняет митотическое состояние, даже когда часть циклинов уходит. Почему? Оказалось, для активации CDK в ядре нужно много циклинов, зато в цитоплазме хватает крошечного количества. Видимо, высокий порог в ядре нужен, чтобы деление начиналось только после полной репликации ДНК.

Но что, если CDK не доберется до центросомы? Нитин заблокировал выход циклинов из ядра — и цитоплазма так и не вступила в митоз, хотя ядро было готово. Значит, без сигнала от центросомы деление не запустится.

Если понять, как именно ядро управляет делением, можно найти новые мишени для лечения рака — ведь в опухолевых клетках этот механизм часто ломается.

Раскрытие механизма запуска деления клеток может помочь в борьбе с раком. Если CDK активируется не вовремя, клетки начинают бесконтрольно делиться. Понимание, как ядро контролирует этот процесс, позволит точечно вмешиваться в него — например, блокировать выход циклинов у агрессивных опухолей. Также исследование дает подсказки для лечения болезней, связанных с нестабильностью генома.

Эксперименты проводились на дрожжах, у которых клеточный цикл устроен проще, чем у человека. У млекопитающих — несколько типов CDK и циклинов, плюс дополнительные системы проверки ДНК. Возможно, у высших организмов активация идет иначе, и центросома играет более важную роль.

Ранее ученые раскрыли механизм, запускающий аутофагию.