Почему яйцеклетки путаются в хромосомах

Человеческим яйцеклеткам не хватает белка, который помогает поделить хромосомы поровну между дочерними клетками.

При оплодотворении объединяются геномы отца и матери: хромосомы от матери сидят в яйцеклетке, хромосомы от отца — в сперматозоиде. При этом и в яйцеклетке, и в сперматозоиде набор хромосом одинарный, а во всех остальных клетках тела — двойной. Когда у нас формируются половые клетки, то их клетки-предшественники делятся особым образом — так, чтобы в зрелых яйцеклетке и сперматозоиде остался только один хромосомный набор, то есть каждая хромосома должна быть только в одном экземпляре. Если что-то идёт не так, если в половой клетке остаётся лишняя хромосома, или, наоборот, какой-то хромосомы вдруг не хватает, всё заканчивается плохо: зародыш будет развиваться с аномалиями, может случиться выкидыш, а если ребёнок всё же родится, у него будет какой-нибудь порок развития. (Самый известный пример — синдром Дауна, когда двадцать первая хромосома оказывается в трёх экземплярах.)

При этом известно, что именно человеческие яйцеклетки особенно склонны к хромосомным ошибкам, и даже известно, на каком этапе они возникают. Когда клетка делится, в ней формируется так называемое веретено деления — сложный аппарат белковых нитей, которые идут от двух противоположных полюсов клетки к её середине, где выстроились плотноупакованные хромосомы. Белковые нити (которые называются микротрубочками) прикрепляются к хромосомам и начинают тащить их к полюсам. Важно, чтобы к каждому полюсу отошла только одна копия каждой хромосомы. Ошибки же могут возникать по разным причинам: например, к какой-то хромосоме микротрубочки вообще не прикрепились. Может быть иначе: у какой-то хромосомы обе копии ушли на одну половину, потому что в делящейся клетке сформировалось не две точки-полюса, из которых выходят белковые нити, а больше. То есть на одной половине клетке есть один полюс микротрубочек, а на другой — два.

Сотрудники Института междисциплинарных исследований Общества Макса Планка пишут в Science, что причина такого расщепления полюсов — нехватка в яйцеклетках белка KIFC1, причём в человеческих яйцеклетках его не хватает по умолчанию. Исследователи сравнивали ооциты (предшественники зрелых яйцеклеток) человека с яйцеклетками мышей, свиней и коров. У животных уровень белка KIFC1 был больше, чем у человека, а если в ооцитах животных его количество искусственно понижали, то в ооцитах начиналось «расщепление полюсов» и, как следствие, появлялись ошибки в распределении хромосом между дочерними клетками. (Ооцитам, которые использовали в экспериментах, нужно было ещё раз поделиться, чтобы получилась зрелая яйцеклетка, готовая к оплодотворению.)

KIFC1 — белок-мотор, который взаимодействует с белковыми нитями, тянущимися к хромосомам, стягивая их в пучок. Не позволяя микротрубочкам разбегаться в стороны, KIFC1 тем самым не позволяет формироваться лишним полюсам притяжения хромосом, контролирует число микротрубочек и их поведение. Если его искусственно добавить в человеческие ооциты, хромосомных ошибок будет меньше, и, наверно, можно даже придумать, как повысить его в тех ооцитах, которые находятся в яичниках. Вряд ли стоит повышать его у всех женщин, но, по крайней мере, KIFC1 мог бы решить проблемы с постоянными выкидышами, которые происходят из-за неправильного распределения хромосом, или защитить ребёнка от врождённых аномалий развития при экстракорпоральном оплодотворении.