Ludzkie chromosomy skrywają wielką tajemnicę

Powszechnie wiadomo, że w jądrze każdej komórki cząsteczki DNA są ciasno upakowane wokół białek zwanych histonami, tworząc tym samym chromosomy. Jednak najnowsze badania wykazały, że istnieje tajemnicza struktura pełniąca funkcję osłonki chromosomów, która może stanowić do 47 proc. każdego z nich.

Od 100 lat nasza wiedza o chromosomach opiera się na założeniu, że są one zbudowane z cząsteczek DNA i białek histonowych zwanych chromatyną. Od czasu odkrycia chromosomów w 1882 r. były one wielokrotnie przedmiotem intensywnych badań, ale ich szczegóły strukturalne do tej pory umykały naukowcom. Powód? Chromosomy są niemal całkowicie niewidoczne w jądrze komórkowym, chyba że podczas podziałów.

Kiedy dochodzi do jednego z podziałów komórkowych - mitozy lub mejozy - chromatyna wypełniająca jądro komórkowe staje się coraz bardziej zbita, sprawiając, że chromosomy stają się "superskręcone", a tym samym lepiej widoczne pod mikroskopem. Większość tego, co wiemy dziś o chromosomach, to wnioski, które wyciągnięto podczas podziałów komórkowych. Nie jest to jednak pełny obraz, bo chromatyna nie jest cały czas równie mocno skondensowana.

Aby poprawić widoczność chromosomów, naukowcy z Uniwersytetu w Edynburgu opracowali nową metodę, o nazwie 3D CLEM, która łączy w sobie elementy świetlnej i elektronowej mikroskopii z modelowaniem komputerowym. Dzięki temu udało się stworzyć pierwszy trójwymiarowy obraz wszystkich 46 ludzkich chromosomów w wysokiej rozdzielczości.

"Definiowanie struktury wszystkich 46 ludzkich chromosomów zmusiło nas do ponownego rozważenia pomysłu, że składają się one niemal wyłącznie z chromatyny. Teza ta nie podlegała żadnemu kwestionowaniu przez prawie 100 lat" - powiedział Daniel Booth, jeden z członków zespołu badawczego.

Zespół Bootha odkrył, że chromatyna stanowi jedynie 53-70 proc. całkowitej zawartości chromosomów. Struktura nazwana "obrzeżem chromosomów" stanowi pozostałe 30-47 proc. wszystkich 46 chromosomów. Oznacza to, że dla każdego chromosomu w naszym organizmie DNA i jego białka nośne mogą stanowić tylko połowę całkowitej zawartości.

"Dzięki zastosowaniu analizy 3D CLEM możemy stwierdzić, że bardzo duży procent całkowitej objętości mitotycznych chromosomów nie składa się z chromatyny" - dodał Booth.

Na tym etapie nie wiadomo, do czego służy "obrzeże chromosomów", ale naukowcy podejrzewają, że może ono pełnić swoiste funkcje ochronne. Jeżeli tak jest faktycznie, to struktura ta odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu wystąpienia błędów podczas podziałów komórkowych.

Wcześniejsze badania wskazały, że o"brzeże chromosomów" jest przynajmniej częściowo tworzone przez białka Ki-67.