с кресла, а если пряжку расстегнуть, тогда все в порядке, можно выходить. Мне, однако, больше нравится сравнение со специальной рукой для обнимания. Этой рукой (а на самом деле цепочкой аминокислот) наши хормады способны крепко обнимать другие белки за особое место, так что эти белки никак не могут выбраться из объятий по топологическим причинам. Особое место для обнимания есть и у некоторых хормадов, так что они вполне способны обнимать друг друга и таким образом слипаться в большие скопления.

Эта склонность обниматься используется клеткой для самых разных функций, и не все они связаны с мейозом. Однако кое-что общее у хормадов есть: удерживая одни белки и отпуская другие, они следят за тем, чтобы все процессы шли правильно. Например, самый изученный дрожжевой хормад HOP1 (а также его родственники в человеческих клетках) обеспечивает подбор правильных инструментов для рекомбинации и построения синаптонемного комплекса, то есть ключевые стадии мейоза. Благодаря ему, например, рекомбинация обычно проходит между гомологичными хромосомами, а не между сестринскими хроматидами. А еще эти белки сигнализируют, если что-то пойдет не так: как выражаются биологи, они обслуживают «чекпойнты», то есть контрольно-пропускные пункты. Если к моменту перехода к следующему этапу оказывается, что предыдущий шаг был сделан неверно, все останавливается. Если ошибку можно поправить, клетка ее исправляет, а если нет, она обречена на клеточную смерть.

Когда хормады не работают, вероятность ошибок сильно возрастает. Один из хормадов у червяка C. elegans называется HIM-3. Мы уже сталкивались с этой аббревиатурой, которая означает «повышенную частоту самцов». Если помните, HIM-8 обеспечивал «табличку» на X-хромосоме червя, и его отсутствие влекло за собой потерю X-хромосомы. А у мутантов HIM-3 эта хромосома теряется по другой причине: соответствующий белок необходим для правильного построения синаптонемного комплекса, то есть укладки двух гомологичных хромосом перед тем, как развести их по разным клеткам в первом делении мейоза. Детали не очень ясны, но, видимо, своей обнимательной рукой HIM-3 собирает элементы этого механизма.

О винтиках и шестеренках мейоза можно говорить бесконечно, но есть опасность до смерти всем наскучить. И все же вот напоследок еще один интересный фрагмент пазла. Вообще-то, он важен для любого клеточного деления, потому что его работа состоит в том, чтобы не дать ни одной хромосоме потеряться на самой последней стадии – когда веретено уже растащило хромосомы по полюсам клетки и настала пора снова заключить их в ядро. В этот момент в клетке стремительно разрастается тонкая молекулярная пленка – ядерная мембрана. В конце концов она образует пузырь, так что все хромосомы оказываются внутри, а вся прочая клеточная машинерия снаружи.

Внимание, вопрос: откуда мембрана знает, где у нее «нутрь» и где «наружа»? Как у молекул получается выстроиться именно в одну сферу, а не во много маленьких или вообще во что-нибудь причудливое, с топологией рваных штанов? Надо сказать, что получается это не всегда: если какие-то хромосомы слишком далеко отобьются от общего стада, вместо одного пузыря образуется два. Меньший пузырь называется «микронуклеус», и его появление в клетке чревато проблемами: она погибнет, а то и вообще начнет разрастаться в злокачественную опухоль.

О том, как там все устроено, существовало несколько гипотез. Самая изящная и экономичная постулировала, что все на самом деле просто: вещества, образующие ядерную мембрану, у клетки в дефиците, потому эти вещества и выстраиваются в пузырь – ведь именно сфера имеет минимальную поверхность при заданном объеме. Жаль, конечно, что такая красивая гипотеза оказалась неправильной, но зато реальность превзошла ожидания биологов: инженерное решение, найденное природой, выглядит на удивление изящно.

Как на самом деле обстоят дела, выяснил Дэниел Герлих и его австрийские коллеги из Института молекулярной биотехнологии. Ключевая деталь механизма (у дрожжей) – белок BAF. Этот белок обучен всего двум простейшим фокусам: одной своей стороной он приклеивается к хромосоме, а другой стороной – к такому же, как он, BAF-белку. В результате BAF-белки в самом конце деления образуют много-много мостиков между хромосомами. Растущая ядерная мембрана просто физически не может пролезть в промежутки. А раз так, ей просто ничего не остается, как оказаться снаружи от всех хромосом – то есть заключить их в один мешок.

Простота этого решения граничит с гениальностью, и тут впору закончить рассказ тем, с чего мы его начали: можно понять креационистов, отказывающихся верить, что это не придумано нарочно, а получилось само в процессе эволюции, и не только с белком BAF, но и с шугошином, и с обнимашками-хормадами, и на других этапах мейоза, да и всех прочих клеточных механизмов. Блаженный Аврелий Августин – человек, несомненно, глубоко верующий и о естественном отборе, кажется, не подозревавший – однажды выразился так: «Из своего рода красноречия не слов, но вещей образуется красота мира» («О граде Божием, 11:18). В те поры пишущая братия еще не боялась впасть в неумеренный пафос, а я очень боюсь, но все-таки надо согласиться: похоже, местами мир и впрямь устроен красиво, и «красноречие вещей» – совсем не плохая метафора для маленьких деталей механизма мейоза, описанных в этой главе нашей истории.

БИБЛИОГРАФИЯ

Bohr T., Nelson C. R., Giacopazzi S., et al. Shugoshin Is Essential for Meiotic Prophase Checkpoints in C. elegans. Current Biology. 2018. 28(20): 3199–3211.

Brar G. A., Amon A. Emerging Roles for Centromeres in Meiosis I Chromosome Segregation. Nature Reviews. Genetics. 2008. 9(12): 899–910.

Cavalier-Smith T. The Origin and Early Evolution of the Eukaryotic Cell. Molecular and Cellular Aspects of Microbial Evolution. Ed. J. Carlile, J. F. Collins, B. E. B. Moseley. Society of General Microbiology. Symposium 32. Cambridge: Cambridge University Press, 1981. P. 33–84.

Clift D., Marston A. L. The Role of Shugoshin in Meiotic Chromosome Segregation. Cytogenetic and Genome Research. 2011. 133(2–4): 234–242.

Kitajima T. S., Kawashima S. A., Watanabe Y. The Conserved Kinetochore Protein Shugoshin Protects Centromeric Cohesion during Meiosis. Nature. 2004. 427(6974): 510–517.

McCollum D. Monopolin. Current Biology. 2012. 22(22): R938.

Previato de Almeida L., Evatt J. M., Chuong H. H., et al. Shugoshin Protects Centromere Pairing and Promotes Segregation of Nonexchange Partner Chromosomes in Meiosis. Proceedings of the National Academy of Science of the USA. 2019. 116(19): 9417–9422.

Prince J. P., Martinez-Perez E. Functions and Regulation of Meiotic HORMA-Domain Proteins. Genes (Basel). 2022. 13(5): 777.

Rosenberg S. C., Corbett K. D. The Multifaceted Roles of the HORMA Domain in Cellular Signaling. The Journal of Cell Biology. 2015. 211(4): 745–755.

Samwer M., Schneide M. W. G., Hoefler R., et al. DNA Cross-Bridging Shapes a Single Nucleus from a Set of Mitotic Chromosomes. Cell. 2017. 170(5): 956–972. E23.

Subramanian V. V., Hochwagen A. The Meiotic Checkpoint Network: Step-by-Step through Meiotic Prophase. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2014. 6(10): a016675.

Yao Y., Dai W. Shugoshins Function as a Guardian for Chromosomal Stability in Nuclear Division. Cell Cycle (Georgetown, Tex.). 2012. 11(14): 2631–2642.

Глава тридцать третья, в которой обосновывается престолонаследие по мужской линии

Мейотические аресты

Теперь, когда мы воспели отдельные детали механизма мейоза, хорошо бы сказать, что и результаты его работы безупречны. Но не тут-то было. Может, у кого-то они и безупречны, а вот у людей все работает из рук вон плохо. При всех этих многочисленных «чекпойнтах», призванных проконтролировать безошибочность рекомбинации и точность расхождения хромосом, при том что яйцеклетки, кажется, отбираются на профпригодность вплоть до момента выхода из фолликула в яичнике, ошибок совершается огромное количество.

Сколько именно? Среди детей, появившихся на свет, каждый трехсотый рождается с трисомией (то есть вместо одной из пар хромосом имеет три такие хромосомы). Вроде немного, но надо понимать, что до рождения доживают только трисомики по половым хромосомам, по крохотной 21-й, ну и иногда, совсем уж редко, по 13-й и 18-й. При этом, как было сказано в одной из предыдущих глав, у человека 70﹪ беременностей прерываются еще до того, как они диагностированы, и существенная доля таких выкидышей, похоже, происходит именно из-за лишних или недостающих хромосом, то есть из-за мейоза, пошедшего вкривь и вкось. По оценкам некоторых специалистов, занимающихся ЭКО, доля анеуплоидий (так называются все нарушения в числе хромосом) на момент зачатия доходит до 50﹪. Вот что об этом говорит уже знакомый читателю