Разбегание хромосом при созревании половых клеток обеспечивается микротрубочками, растягивающими их по клеточным полюсам. Каждая микротрубочка должны связаться с правильной хромосомой, но 9 из 10 хромосом лишь с третьей попытки получают нужное направление движения.

Наши клетки имеют диплоидный набор хромосом: у каждого гена есть материнская и отцовская версии. При делении обычные клетки получают такой же хромосомный комплект: ДНК, приобретённая от матери и от отца, удваивается и распределяется по дочерним клеткам.

Но у половых клеток всё иначе. Если взять, к примеру, яйцеклетку, то в каждой есть либо отцовская половина генома, либо материнская. Предшественник яйцеклетки, ооцит первого порядка, при созревании претерпевает мейотическое деление. Именно во время мейоза и получается так, что в дочернюю клетку попадает либо отцовская, либо материнская копия каждой хромосомы.

Разделение хромосом — сложнейший и весьма интересный процесс, который изучается по сей день. Некоторые генетические заболевания связаны именно погрешностями распределения хромосом в мейозе: так, известно, что при болезни Дауна в клетках есть лишняя копия 21-й хромосомы, которая при делении ушла не в свою клетку.

В общем, исследование вопросов, связанных с танцами хромосом при клеточном делении, имеет немалую практическую ценность.

Рис. 1. Клеточное деление в разгаре; хромосомы окрашены зелёным, микротрубочки — красным. Деление проходит по типу митоза, микротрубочки выходят всего из двух клеточных центров. (Илл. Dr Paul Andrews, University of Dundee).

Учёные из Европейской молекулярно-биологической лаборатории в Гейдельберге (ФРГ) на страницах журнала Cell сообщают о том, что им удалось увидеть, как происходит распределение хромосом при созревании яйцеклетки мыши. Причём «увидеть» в буквальном смысле: был разработан метод, позволяющий наблюдать за динамикой хромосом, не нарушая целостности клетки.

И что же? У всякой хромосомы есть структура, называемая центромерой. Если вспомнить стандартный портрет материнской и отцовской копий хромосомы в виде буквы Х, то центральная перетяжка в этой букве и будет центромерой.

К центромере крепится белковый комплекс под названием кинетохор. При клеточном делении хромосомы растаскиваются в разные стороны с помощью микротрубочек из белка тубулина. Вот кинетохор и служит местом крепления для тубулиновых нитей; с двух сторон клетки в её центр устремляются микротрубочки, чтобы поймать хромосому.

Тубулиновые нити, связанные с хромосомами, образуют известную структуру веретено деления. А теперь вопрос: как микротрубочкам удаётся не запутаться и связаться именно с нужной хромосомой? Как вообще получается, что в этой каше трубочки делят хромосомы между собой строго поровну?

Исследователи восемь часов вели съёмку делящихся предшественников яйцеклеток и обнаружили, что первоначально тубулиновые нити толкают хромосомы в «руки», заставляя их выстроиться в хромосомный пояс в центре веретена деления — так удобнее найти правильного напарника. А на вопрос, как микротрубочкам удаётся так точно связываться с нужными хромосомами, учёные отвечают очень просто: никак.

Образование правильного веретена деления происходит методом проб и ошибок: около 90% хромосом поначалу связываются неправильно, их либо тянут не в ту сторону, либо пытаются тянуть сразу в обе. Но в клетке существует мощный механизм, корректирующий подобного рода ошибки: связи микротрубочек с кинетохорами рвутся и образуются вновь. На каждую хромосому приходится в среднем по три таких попытки. Это можно сравнить с прудом, по берегам которого стоит по роте рыбаков, постоянно забрасывающих удочки, а под водой тем временем ходят водолазы и распутывают образующиеся клубки лески.

Очевидно, что, каким бы совершенным ни был механизм коррекции таких ошибок, они всё равно будут. По словам исследователей, это объясняет частые случаи анеуплоидии — присутствия лишних хромосом — в половых клетках млекопитающих.

Дефекты в механизме коррекции, возможно, более всего влияют на женское бесплодие, вероятность которого увеличивается с возрастом. Как пишут авторы, в обычном митотическом клеточном делении, определяющем, например, рост организма, механизм распределения хромосом проще. При митозе микротрубочки выходят из двух чётко очерченных полюсов — клеточных центросом. В созревающей яйцеклетке таких источников микротрубочек около 80, что довольно сильно затрудняет их координацию, особенно в такой крупной клетке, как ооцит. Продолжая сравнение с рыбаками и водолазами, можно сказать, что толпа рыбаков занимает берег безо всякого порядка, и водолазам не всегда хватает рук, чтобы распутать хитросплетения рыболовных снастей.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Tomoya S. Kitajima, Miho Ohsugi, Jan Ellenberg Complete Kinetochore Tracking Reveals Error-Prone Homologous Chromosome Biorientation in Mammalian Oocytes. – Cell. – V.146. – Issue 4. – P. 568–581; 19 August 2011;DOI:10.1016/j.cell.2011.07.031.