Somaatiliste ja sugurakkude jagunemise meetodid. Tsentromeerid Kromosoomide segregatsioon meioosi ajal

Kõikidel kromosoomidel on kaks õlga ja nende vahel paiknev hõrenenud ala - tsentromeer või esmane kitsendus. Piirkonnas esmane ahenemine asub kinetokoor- lame struktuur, mille valgud, suheldes jagunemisspindli mikrotuubulitega, tagavad kromosoomide liikumise raku jagunemise ajal.

Metafaasi kromosoomi struktuur:5 - tsentromeer; 6 - sekundaarne kitsendus; 7 - satelliit; 8 - kromatiidid; 9 - telomeerid.

1 - metatsentriline; 2 - submetatsentriline; 3, 4 - akrotsentriline.

Metafaasi kromosoom koosneb kahest kromatiidist. Igal kromosoomil on esmane ahenemine (tsentomeer)(5), mis jagab kromosoomi käteks.

Tsentromeeri (esmane venitus) - kromosoomi osa, mida iseloomustab spetsiifiline nukleotiidjärjestus ja struktuur. Tsentromeer osaleb sõsarkromatiidide liitumises, kinetokoori moodustamises, homoloogsete kromosoomide konjugeerimises ja osaleb geeniekspressiooni kontrollis.

Just tsentromeeri piirkonnas on õdekromatiidid ühendatud mitoosi profaasis ja metafaasis ning homoloogsed kromosoomid meioosi esimese jagunemise profaasis ja metafaasis. Tsentromeeridel tekivad kinetokoorid: tsentromeeriga seonduvad valgud moodustavad mitoosi ja meioosi anafaasis ja telofaasis lõhustumise spindli mikrotuubulite kinnituspunkti.

Kõrvalekalded tsentromeeri normaalsest funktsioneerimisest toovad kaasa probleeme kromosoomide omavahelises paigutuses jagunevas tuumas ja selle tulemusena häireid kromosoomide segregatsiooni protsessis (nende jagunemine tütarrakkude vahel). Need häired põhjustavad aneuploidsust, millel võivad olla rasked tagajärjed (näiteks Downi sündroom inimestel, mis on seotud aneuploidsusega (trisoomia) 21. kromosoomil).

Kromosoomide morfoloogiast rääkides võetakse arvesse järgmisi tunnuseid: tsentromeeri asukoht, käte pikkus, sekundaarse ahenemise ja satelliidi olemasolu.

Sõltuvalt tsentromeeri asukohast inimese karüotüübis eristatakse kromosoome kolme tüüpi :

1. Metatsentriline, võrdse käega kromosoomid: esmane ahenemine (tsentromeer) asub kromosoomi keskel (keskel), kromosoomi harud on samad.

2. Submetatsentriline, peaaegu võrdse käega kromosoomid: tsentromeer asub kromosoomi keskosast mitte kaugel, kromosoomi harud erinevad pisut pikkuselt.

3. Akrotsentriline, väga ebavõrdsed kromosoomid: tsentromeer on kromosoomi keskpunktist (keskosast) väga kaugel, kromosoomi harud erinevad oluliselt pikkuse poolest.

Lühikest kätt tähistatakse tähega -

Pikka kätt tähistatakse tähega -

Mõnel kromosoomil on sekundaarne kitsendus(6) ja satelliit( satelliit) (7).

Sekundaarne kitsendus- kromosoomi segment, mis ühendab satelliiti kromosoomi kehaga. Sekundaarse ahenemise piirkonnas paiknevad ribosomaalsed RNA geenid, toimub rRNA süntees ning tuuma moodustumine ja kokkupanemine. Sellist sekundaarset ahenemist nimetatakse seetõttu ka nukleolaarseks organisaatoriks.Sekundaarne ahenemine võib olla mõne kromosoomi pikal, teistel lühikesel käel.

Sekundaarne kitsendus erineb primaarsest kromosoomi segmentide vahelise märgatava nurga puudumise tõttu.

Inimestel on kromosoomidel sekundaarne ahenemine 9, 13, 14, 15, 21 ja 22.

Satelliit ( satelliit) - see on kromosomaalne segment, enamasti heterokromaatiline, mis asub sekundaarsest ahenemisest distaalselt. Klassikaliste definitsioonide järgi on satelliit kromosoomi läbimõõduga võrdse või väiksema läbimõõduga kerakujuline keha, mis on kromosoomiga ühendatud peenikese niidiga. Seal on järgmised 5 tüüpi satelliite:

mikrosatelliidid- sfäärilise kujuga väikesed satelliidid, mille läbimõõt on pool kromosoomi läbimõõdust või isegi väiksem;

makrosatelliidid– üsna suured satelliitide vormid, mille läbimõõt ületab poole kromosoomi läbimõõdust;

lineaarne- pika kromosoomi segmendi kujuga satelliidid. Sekundaarne kitsendus on terminali otsast oluliselt eemaldatud;

terminal- kromosoomi lõpus asuvad satelliidid;

interkalaarne on satelliidid, mis asuvad kahe sekundaarse kitsenduse vahel.

Kromosoome, millel on kaaslane, nimetatakse satelliit, neile viidatakse tavaliselt SAT kromosoomid. Satelliidi kuju, suurus ja seda ühendav niit on iga kromosoomi puhul konstantsed.

Satelliit koos sekundaarse kitsendusega moodustavad satelliidi piirkond.

Kromosoomide otsad on nn telomeerid (9).

Telomeerid(teisest kreeka keelest τέλος - lõpp ja μέρος - osa) - kromosoomide terminaalsed lõigud. Kromosoomide telomeerseid piirkondi iseloomustab võime puudumine ühenduda teiste kromosoomide või nende fragmentidega ja täita kaitsefunktsiooni.

Termini "telomeer" pakkus välja G. Möller 1932. aastal.

Inimestel on telomeerse piirkonna DNA korduvalt korduv nukleotiidjärjestus 5 "TTAGGG 3" ühes DNA nukleotiidahelatest.

Kromosoomide funktsioonid:

1) päriliku teabe säilitamine,

2) päriliku teabe rakendamine,

3) geneetilise materjali ülekandmine emarakust tütrele.

Kromosoomi reeglid

1. Arvu püsivus. Iga liigi keha somaatilistel rakkudel on rangelt määratletud kromosoomide arv (inimestel -46, kassidel - 38, äädikakärbestel - 8, koertel -78, kanadel -78).

2. Sidumine. Igal diploidse komplektiga somaatiliste rakkude kromosoomil on sama homoloogne (sama) kromosoom, suuruselt, kujult identne, kuid päritolult ebavõrdne: üks isalt, teine ​​emalt.

3. Individuaalsus. Iga kromosoomipaar erineb teisest paarist suuruse, kuju, heledate ja tumedate triipude vaheldumise poolest.

4. Järjepidevus. Enne rakkude jagunemist kahekordistatakse DNA ja tulemuseks on 2 õdekromatiidi. Pärast jagunemist siseneb üks kromatiid tütarrakkudesse ja seega on kromosoomid pidevad - kromosoomist moodustub kromosoom.

Need on kaheahelalised replitseeritud kromosoomid, mis tekivad jagunemise käigus. Tsentromeeri põhiülesanne on toimida lõhustumisspindli kiudude kinnituskohana. Spindel pikendab rakke ja eraldab kromosoomid tagamaks, et iga uus saab pärast valmimist õige arvu kromosoome või .

Kromosoomi tsentromeerse piirkonna DNA koosneb tihedalt pakitud rakust, mida nimetatakse heterokromatiiniks ja mis on väga tihendatud ja seetõttu ei transkribeerita. Heterokromatiini olemasolu tõttu värvub tsentromeeri piirkond värvainetega, mis on tumedamad kui teised kromosoomi osad.

Asukoht

Tsentromeer ei asu alati kromosoomi keskosas (vt ülaltoodud fotot). Kromosoom koosneb lühikesest harust (p) ja pikast käest (q), mis ühinevad tsentromeerses piirkonnas. Tsentromeerid võivad paikneda nii kromosoomi keskosa lähedal kui ka mitmes asendis piki kromosoomi. Metatsentrilised tsentromeerid asuvad kromosoomide keskpunkti lähedal. Submetatsentrilised tsentromeerid nihutatakse keskelt ühele poole, nii et üks käsi on teisest pikem. Akrotsentrilised tsentromeerid asuvad kromosoomi otsa lähedal ja telotsentrilised tsentromeerid asuvad kromosoomi lõpus või telomeeri piirkonnas.

Tsentromeeri asukoht on inimese karüotüübis kergesti tuvastatav. 1. kromosoom on metatsentrilise tsentromeeri näide, kromosoom 5 on submetatsentrilise tsentromeeri näide ja kromosoom 13 on akrotsentrilise tsentromeeri näide.

Kromosoomide segregatsioon mitoosis

Enne mitoosi algust siseneb rakk faasi, mida nimetatakse interfaasiks, kus ta replitseerib oma DNA-d, valmistudes rakkude jagunemiseks. Moodustuvad õed, mis on oma tsentromeerides ühendatud.

Mitoosi profaasis kinnitavad tsentromeeride spetsiaalsed piirkonnad, mida nimetatakse kinetokoorideks, kromosoomid spindli kiududele. Kinetokoorid koosnevad valgukomplekside seeriast, mis genereerivad spindli külge kinnituvaid kinetokoore kiude. Need kiud aitavad rakkude jagunemise ajal kromosoome manipuleerida ja eraldada.

Metafaasi staadiumis hoitakse kromosoome metafaasiplaadil polaarsete kiudude võrdsete jõududega, vajutades tsentromeeridele.

Anafaasi ajal hakkavad iga üksiku kromosoomi paaritud tsentromeerid üksteisest lahknema, kuna need on kõigepealt tsentreeritud raku vastaspooluste suhtes.

Telofaasi ajal sisaldavad äsja moodustunud kromosoomid eraldi tütarkromosoome. Pärast tsütokineesi moodustub kaks erinevat.

Kromosoomide segregatsioon meioosis

Meioosi korral läbib rakk jagunemisprotsessi kaks etappi (meioos I ja meioos II). Metafaasi I ajal on homoloogsete kromosoomide tsentromeerid orienteeritud rakkude vastaspoolustele. See tähendab, et homoloogsed kromosoomid kinnituvad oma tsentromeersetes piirkondades spindli kiududele, mis ulatuvad ainult ühest kahest raku poolusest.

Kui spindli kiud tõmbuvad anafaasi I ajal kokku, tõmbuvad homoloogsed kromosoomid raku vastaspooluste poole, kuid õdekromatiidid jäävad kokku. II meioosi korral kinnituvad mõlemast rakupoolusest ulatuvad spindlikiud oma tsentromeerides õdekromatiidide külge. Õdekromatiidid eralduvad II anafaasis, kui spindli kiud tõmbavad neid vastaspooluste poole. Meioosi tulemuseks on kromosoomide jagunemine ja jaotus nelja uue tütarraku vahel. Iga rakk sisaldab ainult poole algse raku kromosoomide arvust.

Eukarüootset kromosoomi hoitakse mitootilise spindli küljes, kinnitades mikrotuubulid kinetokoori külge, mis moodustub tsentromeeri piirkonnas.

Tavaliselt sisaldavad tsentromeerid satelliit-DNA järjestustega rikastatud kromatiini.

Kell mitoos sõsarkromatiidid rändavad raku vastaspoolustele. See liikumine toimub seetõttu, et kromosoomid on kinnitunud mikrotuubulitele, mille vastasotsad on ühendatud poolustega. (Mikrotuubulid on rakusisesed silindrilised struktuurid, mis organiseeruvad mitoosi ajal, et ühendada kromosoomid raku poolustega.)

Saidid kahes piirkondades, kus mikrotuubulite otsad on organiseeritud – tsentriooli lähedal pooluste juures ja kromosoomidel – nimetatakse MTC-deks (mikrotuubulite organiseerimise keskused).

Pilt allpool skemaatiliselt illustreeribõdekromatiidide eraldumise protsess, mis toimub mitoosi metafaasi ja telofaasi vahel. Kromosoomi piirkonda, mis vastutab selle segregatsiooni eest mitoosi ja meioosi ajal, nimetatakse tsentromeeriks. Mikrotuubulite kaudu tõmmatakse iga sõsarkromatiidi tsentromeer vastaspoolustele ja tõmbab sellega seotud kromosoomi. Kromosoom annab mehhanismi suure hulga geenide kinnitamiseks jagunemisaparaadi külge.

See sisaldab veebisait, mis hoiab õdekromatiide koos kuni üksikute kromosoomide eraldamiseni. See näeb välja nagu ahenemine, mille külge on kinnitatud kõik neli kromosoomi haru, nagu on näidatud alloleval joonisel, mis näitab sõsarkromatiide metafaasis.

Tsentromeeri vajalik kromosoomide eraldamiseks. Seda kinnitavad kromosoomide omadused, mille terviklikkust on rikutud. Katkestuse tulemusena säilitab kromosoomi üks fragment tsentromeeri, teine, mida nimetatakse atsentriliseks, aga ei sisalda seda. Atsentriline fragment ei suuda mitootilise spindli külge kinnituda, mistõttu see ei satu tütarraku tuuma.

Piirkonnad kromosoomid, mis külgnevad tsentromeeriga, sisaldavad tavaliselt , rikas satelliitjärjestuste poolest ja märkimisväärses koguses heterokromatiini. Kuna kogu mitootiline kromosoom on kondenseerunud, on tsentromeerne heterokromatiin selles nähtamatu. Kuid seda saab visualiseerida värvimistehnikaga, mis paljastab C-ribad. Alloleval joonisel on kõigi tsentromeeride piirkonnas tumedat värvi piirkond. Seda mustrit on näha kõige sagedamini, kuigi heterokromatiini ei pruugi iga tsentromeeri piirkonnas leida. See viitab sellele, et tsentromeerne heterokromatiin ei ole ilmselt jagunemismehhanismi vajalik komponent.

Haridusvaldkond tsentromeerid kromosoomis määrab DNA primaarne struktuur (kuigi konkreetne järjestus on teada vaid väikese arvu kromosoomide puhul). Tsentromeeri DNA seob teatud valke, mis moodustavad struktuuri, mis võimaldab kromosoomidel kinnituda mikrotuubulitele. Seda struktuuri nimetatakse kinetokooriks. See on määrdunud fibrillaarne struktuur, mille läbimõõt või pikkus on umbes 400 nm.

Kinetochore pakub loomingut CMTC kromosoomil. Alloleval joonisel on näidatud mikrotuubulitega seonduva tsentromeeri DNA hierarhiline korraldus. Tsentromeeri DNA-ga seotud valgud on seotud teiste valkudega, mis omakorda on seotud mikrotuubulitega.

Millal sõsarkromatiidi tsentromeerid hakkavad pooluste poole liikuma, jäävad kromatiidid koos hoidma "liimivate" valkude abil, mida nimetatakse kohesiinideks. Esiteks eralduvad kromatiidid tsentromeeris ja seejärel anafaasis, kui kohesiinid hävivad, eralduvad nad üksteisest täielikult.

Funktsioonid

Tsentromeer osaleb sõsarkromatiidide liitumises, kinetokoori moodustamises, homoloogsete kromosoomide konjugeerimises ja osaleb geeniekspressiooni kontrollis.

Just tsentromeeri piirkonnas on õdekromatiidid ühendatud mitoosi profaasis ja metafaasis ning homoloogsed kromosoomid meioosi esimese jagunemise profaasis ja metafaasis. Tsentromeeridel tekivad kinetokoorid: tsentromeeriga seonduvad valgud moodustavad mitoosi ja meioosi anafaasis ja telofaasis lõhustumise spindli mikrotuubulite kinnituspunkti.

Kõrvalekalded tsentromeeri normaalsest funktsioneerimisest toovad kaasa probleeme kromosoomide omavahelises paigutuses jagunevas tuumas ja selle tulemusena häireid kromosoomide segregatsiooni protsessis (nende jagunemine tütarrakkude vahel). Need häired põhjustavad aneuploidsust, millel võivad olla rasked tagajärjed (näiteks Downi sündroom inimestel, mis on seotud aneuploidsusega (trisoomiaga) 21. kromosoomil).

Tsentromeeriline järjestus

Enamikul eukarüootidel ei ole tsentromeeril sellele vastavat spetsiifilist nukleotiidjärjestust. Tavaliselt koosneb see suurest hulgast DNA kordustest (nt satelliit-DNA), mille järjestus üksikute korduselementide sees on sarnane, kuid mitte identne. Inimestel nimetatakse peamist kordusjärjestust α-satelliidiks, kuid selles piirkonnas on mitut muud tüüpi järjestusi. Siiski on kindlaks tehtud, et kinetokoori moodustamiseks ei ole piisavalt α-satelliidi kordusi ja on teada toimivaid tsentromeere, mis ei sisalda α-satelliidi DNA-d.

Pärand

Epigeneetiline pärand mängib olulist rolli tsentromeeri asukoha määramisel enamikus organismides. Tütarkromosoomid moodustavad tsentromeere samades kohtades, kus ema kromosoom, olenemata tsentromeeri piirkonnas paikneva järjestuse olemusest. Eeldatakse, et tsentromeeri asukoha määramiseks peab olema mingi esmane viis, isegi kui selle asukoht määratakse hiljem epigeneetiliste mehhanismide abil.

Struktuur

Tsentromeeri DNA-d esindab tavaliselt heterokromatiin, mis võib olla selle toimimiseks hädavajalik. Selles kromatiinis asendatakse normaalne histoon H3 tsentromeerispetsiifilise histooniga CENP-A (CENP-A on iseloomulik pagaripärmile). S.cerevisiae, kuid sarnased spetsialiseerunud nukleosoomid näivad olevat kõigis eukarüootsetes rakkudes). Arvatakse, et CENP-A olemasolu on vajalik kinetokoori kokkupanemiseks tsentromeeris ja see võib mängida rolli tsentromeeri asukoha epigeneetilises pärandis.

Mõnel juhul näiteks nematoodil Caenorhabditis elegans, Lepidoptera ja ka mõnede taimede kromosoomid holotsentriline. See tähendab, et kromosoomil puudub tunnus esmane kitsendus- spetsiifiline koht, mille külge on valdavalt kinnitatud lõhustumisspindli mikrotuubulid. Selle tulemusena on kinetokoor oma olemuselt hajus ja mikrotuubulid võivad kinnituda kogu kromosoomi pikkuses.

tsentromeeri aberratsioonid

Mõnel juhul märkis inimene täiendavate moodustumist neotsentromeeri. Tavaliselt kombineeritakse seda vana tsentromeeri inaktiveerimisega, kuna ditsentriline kromosoomid (kahe aktiivse tsentromeeriga kromosoomid) hävivad tavaliselt mitoosi käigus.

Mõnel ebatavalisel juhul on täheldatud neotsentromeeride spontaanset moodustumist lagunenud kromosoomide fragmentidel. Mõned neist uutest positsioonidest olid algselt eukromatiin ja ei sisaldanud üldse alfa-satelliidi DNA-d.

Vaata ka

Lingid

Wikimedia sihtasutus. 2010 .

Vaadake, mis on "Centromere" teistes sõnaraamatutes:

Tsentromeeri ... Õigekirjasõnastik

Kinetochori vene sünonüümide sõnaraamat. tsentromeeri nimisõna, sünonüümide arv: 1 kinetokoor (1) ASIS sünonüümide sõnastik. V.N. Trishin... Sünonüümide sõnastik

- (keskmest ja kreeka merose osast) (kinetokoor) kromosoomi osa, mis hoiab koos selle kahte ahelat (kromatiidid). Jagunemise ajal suunavad tsentromeerid kromosoomide liikumist raku pooluste suunas ... Suur entsüklopeediline sõnaraamat

Tsentromeer, kromosoomi osa, mis ilmub ainult rakkude jagunemise protsessis. Kui kromosoomid lühenevad MEIOOSI või MITOOSI ajal, ilmnevad tsentromeerid kitsendustena, mis ei sisalda geene. Nende abiga kinnitatakse kromosoomid ... ... Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik

- (ladina keelest centrum, kreeka keelest kentron keskpunkt, keskpunkt ja kreeka keeles meros osa, jaga), kinetokoor, kromosoomi osa, mis kontrollib selle liikumist raku erinevatele poolustele mitoosi või meioosi ajal; kromosoomi niitidele kinnituskoht ... Bioloogia entsüklopeediline sõnastik

tsentromeer- Piiratud ala kromosoomis, sealhulgas spindli kinnituskoht mitoosi või meioosi ajal Biotehnoloogia teemad ET tsentromeer … Tehnilise tõlkija käsiraamat

Tsentromeeri- * tsentromeer * tsentromeer ehk kinetokoor on eukarüootse kromosoomi konservatiivne piirkond, mille külge kinnituvad mitoosi käigus (vt) spindli niidid (vt). C. moodustav DNA koosneb kolmest domeenist (elemendist) CDE I, CDE II ja CDE III. CDE I ja... Geneetika. entsüklopeediline sõnaraamat

- (keskosast ja kreeka mérose osast) (kinetokoor), kromosoomi osa, mis hoiab koos selle kahte ahelat (kromatiidid). Jagunemisel suunavad tsentromeerid kromosoomide liikumist raku pooluste suunas. * * * KESKMEESTER TSENTROMETER (keskelt (vt JUHETUS) ja ... entsüklopeediline sõnaraamat

Tsentromeer tsentromeer. Monotsentrilise kromosoomi lõik, milles õdekromatiidid on omavahel ühendatud ja mille piirkonda on kinnitatud spindli keermed, tagades kromosoomide liikumise poolustele; tavaliselt tsentromeersed alad ...... Molekulaarbioloogia ja geneetika. Sõnastik.

tsentromeer- centromera statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Pirminė kromosoom persmauga, prie kurios prisitvirtina achromatinės verpstės siūlai. vastavusmenys: engl. tsentromeer; kinetochore rus. kinetokoor; tsentromeer ... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

nr 9, 2007

© Vershinin A.V.

Kromosoomide tsentromeerid ja telomeerid

A.V. Veršinin

Aleksander Vassiljevitš Veršinin, bioloogiateaduste doktor, juhtivteadur Tsütoloogia ja geneetika instituut SB RAS.

Mis on kromosoomid, teavad tänapäeval peaaegu kõik. Need tuumaorganellid, milles kõik geenid paiknevad, moodustavad antud liigi karüotüübi. Mikroskoobi all paistavad kromosoomid ühtsete, piklike tumedate pulgakujuliste struktuuridena ja tõenäoliselt ei tundu nähtav pilt intrigeeriva vaatepildina. Pealegi erinevad väga paljude Maal elavate elusolendite kromosoomide preparaadid ainult nende varraste arvu ja nende kuju modifikatsioonide poolest. Siiski on kaks omadust, mis on ühised kõikide liikide kromosoomidele. Esimene on kohustuslik kokkusurumine (või ahenemine), mis asub kas kromosoomi keskel või nihutatud ühte otsa, mida nimetatakse "tsentromeeriks". Teine on spetsialiseeritud struktuuri – telomeeride – kromosoomi mõlemas otsas (joonis 1). Erinevad geenid, mis asuvad piki kromosoomide käsivarsi (kromosoomi osad tsentromeerist kuni füüsilise otsani), koos reguleerivate DNA järjestustega vastutavad mitmesuguste funktsioonide täitmise eest. See tagab iga üksiku kromosoomi igas harus kodeeritud geneetilise teabe unikaalsuse.

Tsentromeersed ja telomeersed piirkonnad on erilisel positsioonil, kuna nad täidavad kõigi eukarüootsete liikide kromosoomides äärmiselt olulisi, kuid samu funktsioone. Arvukad uuringud ei ole veel andnud selget vastust küsimusele, millised molekulaarstruktuurid vastutavad nende funktsioonide täitmise eest ja kuidas nad neid täidavad, kuid viimastel aastatel on selles suunas tehtud ilmseid edusamme.

Enne tsentromeeride ja telomeeride molekulaarstruktuuri selgitamist arvati, et nende funktsioonid peaksid olema määratud (kodeeritud) universaalsete ja samal ajal nende piirkondade jaoks spetsiifiliste DNA järjestuste abil. Primaarse nukleotiidjärjestuse (DNA järjestuse) otsese määramise tegi aga keeruliseks asjaolu, et need piirkonnad eksisteerivad reeglina kromosoomides koos korduvate DNA järjestuste suure kontsentratsiooniga piirkondadega. Mida on tänapäeval teada nende funktsionaalselt oluliste kromosoomide piirkondade kohta?

Tsentromeerid

Eelmise sajandi keskpaigaks näitasid arvukad tsütoloogilised uuringud tsentromeeri otsustavat rolli kromosoomide morfoloogias. Hiljem leiti, et tsentromeer koos kinetokooriga (peamiselt valkudest koosnev struktuur) vastutab kromosoomide õige lahknemise eest tütarrakkudeks rakkude jagunemise ajal. Tsentromeeri juhtiv roll selles protsessis on ilmne: lõppude lõpuks on selle külge kinnitatud jagunemisspindel, mis koos rakukeskuste (poolustega) moodustab raku jagunemise aparaadi. Spindli niitide kokkutõmbumise tõttu liiguvad kromosoomid jagunemise käigus raku poolustele.

Tavaliselt kirjeldatakse viit rakkude jagunemise etappi (mitoosi). Lihtsuse huvides keskendume jaguneva raku kromosoomide käitumise kolmele põhietapile (joonis 2). Esimeses etapis toimub kromosoomide järkjärguline lineaarne kokkutõmbumine ja paksenemine, seejärel moodustub mikrotuubulitest koosnev raku jagunemise spindel. Teisel liiguvad kromosoomid järk-järgult tuuma keskpunkti poole ja joonduvad piki ekvaatorit, tõenäoliselt selleks, et hõlbustada mikrotuubulite kinnitumist tsentromeeridele. Sel juhul tuumaümbris kaob. Viimases etapis lahknevad kromosoomide pooled - kromatiidid. Tundub, et tsentromeeride külge kinnitatud mikrotuubulid tõmbavad nagu puksiiri kromatiidid raku pooluste külge. Alates lahknemise hetkest nimetatakse endisi õdekromatiide tütarkromosoomideks. Nad jõuavad spindli poolustele ja ühinevad paralleelselt. Moodustub tuumaümbris.

Riis. 2. Mitoosi peamised etapid.
Vasakult paremale: kromosoomide tihenemine, lõhustumise spindli moodustumine; kromosoomide joondamine piki raku ekvaatorit,
spindli kinnitamine tsentromeeridele; kromatiidide liikumine raku pooluste suunas.

Hoolikalt jälgides on näha, et iga kromosoomi rakkude jagunemise protsessis on tsentromeer konstantses asendis. See säilitab tiheda dünaamilise suhte rakukeskusega (poolusega). Tsentromeeride jagunemine toimub samaaegselt kõigis kromosoomides.

Viimastel aastatel välja töötatud sekveneerimismeetodid on võimaldanud määrata inimese tsentromeeride, äädikakärbeste laiendatud lõikude DNA primaarset struktuuri. Drosophila ja taimed Arabidopsis. Selgus, et nii inimeste kui ka taimede kromosoomides on tsentromeerne aktiivsus seotud DNA tandemiliselt organiseeritud korduste (monomeeride) plokiga, mis on sarnase suurusega (170–180 nukleotiidipaari, bp). Selliseid piirkondi nimetatakse satelliit-DNA-ks. Paljudel liikidel, sealhulgas neil, mis on üksteisest evolutsiooniliselt kaugel, on monomeeride suurus peaaegu sama: erinevat tüüpi ahvid - 171 aluspaari, mais - 180 aluspaari, riis - 168 aluspaari, Chironomuse putukas - 155 aluspaari. Võib-olla peegeldab see tsentromeeri funktsiooni jaoks vajalikke üldisi nõudeid.

Hoolimata sellest, et inimese ja Arabidopsise tsentromeeride tertsiaarne struktuur on korraldatud ühtemoodi, osutusid nende monomeeride primaarsed nukleotiidjärjestused (ehk nukleotiidide järjestus) täiesti erinevaks (joonis 3). See on üllatav kromosoomi piirkonna jaoks, mis täidab nii olulist ja mitmekülgset funktsiooni. Drosophila tsentromeeride molekulaarse korralduse analüüsimisel leiti aga teatud struktuurne muster, nimelt ligikaudu sama suurusega monomeeride osade olemasolu. Seega koosneb Drosophilas X-kromosoomi tsentromeer peamiselt kahte tüüpi väga lühikestest lihtsatest kordustest (AATAT ja AAGAG), mida katkestavad retrotransposoonid (liikuvad DNA elemendid) ja keerulisema DNA "saared". Kõik need elemendid leiti Drosophila genoomist ja väljaspool tsentromeere, kuid igale tsentromeerile iseloomulikke DNA järjestusi neis ei leitud. See tähendab, et tsentromeersed DNA järjestused iseenesest ei ole piisavad ega ole vajalikud tsentromeeri moodustamiseks.

Riis. 3. DNA struktuur inimese ja taime tsentromeerides.

Ristkülikud vastavad tandemorganiseeritud monomeeridele, mille sees on identne nukleotiidjärjestus (DNA esmane struktuur). Erinevatel liikidel on DNA monomeeride esmane struktuur erinev ja sekundaarne on spiraal. Monomeeride järjestus peegeldab DNA kõrgema taseme struktuurset organisatsiooni.

Kromatiini tsentromeerse struktuuri funktsionaalset rolli kinnitab iga bioloogilise liigi jaoks spetsiifiliste histooni H3 variantide olemasolu tsentromeerses kromatiinis: inimestel nimetatakse neid CENP-A-ks, taimedes - CENH3-ks. Kinetokooris esinevatest paljudest valkudest seostuvad DNA-ga otse ainult kaks, CENH3 ja tsentromeerne valk C (CENP-C). Võimalik, et teiste histoonidega (H2A, H2B ja H4) interakteeruv CENH3 moodustab ja määrab tsentromeerile spetsiifiliste nukleosoomide tüübi. Sellised nukleosoomid võivad olla omamoodi ankruks kinetokoori moodustamisel. Histooni H3 variandid erinevate liikide tsentromeerides on teiste histooni valkudega (H2A, H2B, H4) interaktsiooni kohtades sarnased kanoonilise H3 histooni molekuliga. Tsentromeerse histooni H3 koht, mis interakteerub DNA molekuliga, on aga ilmselt selektsiooni juhtimise all. Nagu juba arutatud, on tsentromeerse DNA primaarne struktuur liikide lõikes erinev ja on oletatud, et tsentromeerne histoon H3 areneb koos tsentromeerse DNA-ga, eriti Drosophila ja Arabidopsis puhul.

Tsentromeerse histooni H3 avastamine tõi kaasa äärmusliku vaatenurga, mille kohaselt tsentromeerse funktsiooni ja selle täieliku sõltumatuse DNA primaarstruktuurist määravad nukleosomaalne organisatsioon ja see histoon. Kuid kas need tegurid on piisavad tsentromeeri täielikuks aktiivsuseks? Mudelid, mis eiravad primaarse DNA struktuuri rolli, peaksid selektsiooni puudumisel eeldama tsentromeerse DNA struktuuri muutuste juhuslikku jaotust erinevates populatsioonides. Kuid satelliit-DNA analüüs inimese tsentromeerides ja Arabidopsis paljastas konserveerunud piirkonnad, samuti keskmisest suurema varieeruvusega piirkonnad, mis näitab tsentromeerse DNA selektsioonisurvet. Lisaks saadi kunstlikud tsentromeerid ainult inimese a-satelliidi kordustega, mis olid amplifitseeritud looduslikest tsentromeeridest, kuid mitte kromosoomide peritsentromeersete piirkondade a-satelliitidest.

Mudeleid, milles tsentromeeri (põlvest põlve konserveeritud) asukoha ja selle funktsioonide määramisel on määravaks teguriks DNA tertsiaarne (või isegi kõrgemat järku) struktuur, on vähem raske seletada. Selle konservatiivsus võimaldab suuri variatsioone nukleotiidjärjestuses ega välista primaarstruktuuri peenhäälestamist.

Viimastel aastatel on ilmnenud, et tsentromeeride ja telomeeride funktsioone otseselt määravaid universaalseid DNA järjestusi pole olemas. Nendes kromosoomide piirkondades toimib DNA platvormina keeruliste mitmekomponentsete DNA-valgu komplekside koostamiseks, mis täidavad neid funktsioone. Lisateavet nende komplekside täiendava korralduse ja nende koordineeritud toimimise kohta leiate meie ülevaatest. Koos tsentromeeride ja telomeeride spetsiifiliste komponentidega hõlmavad need kompleksid ka neid, mis on seotud mitme funktsiooni täitmisega, mõnikord isegi vastandlike funktsioonidega. Näiteks Ku70/80 heterodimeer on telomeeride koostisosa ja toimib pärmis telomeeri pikkuse positiivse regulaatorina ja Arabidopsises negatiivse regulaatorina. Samal ajal osaleb see valk kromosoomikatkeste äratundmises ja nende taastamises. Üks aktuaalsemaid uurimisvaldkondi on kahtlemata erinevate tsentromeeride ja telomeeride aktiivsust tagavate molekulaarsete komplekside regulatsioonimehhanismide molekulaarse olemuse väljaselgitamine.

Tööd toetasid Venemaa alusuuringute sihtasutus (projekt 04-04-48813), INTAS (03-51-5908)
ja SB RASi integratsiooniprojektide programm (projekt 45/2).

Kirjandus

1. Talbert P.B., Bryson T.D., Henikoff S.// J. Biol. 2004.V.3. artikkel 18.

2. Vershinin A.V.// Geneetika. 2006. V.42. Lk 1200-1214.

3. Wu J., Yamagata H., Hayashi-Tsugane M. et al.// Taimerakk. 2004. V.16. P.967-976.

4. Scott K.C., Merrett S.L., Willard H.F.// Curr. Biol. 2006.V.16. Lk.119-129.

5. Muller H.J. Edasised uuringud geenimutatsioonide olemuse ja põhjuste kohta, Proc. Kuues Int. Congr. Genet. 1932.V.1. Lk.213-255.

6. Louis E.J., Vershinin A.V.. // BioEssays. 2005. V.27. Lk.685-697.

7.Lange T.de// Genes Dev. 2005.V.19. Lk.2100-2110.