Metode diobe somatskih i zametnih stanica. Centromeri Segregacija kromosoma tijekom mejoze

Svi kromosomi imaju dva ramena i stanjeno područje koje se nalazi između njih - centromera, odnosno primarna konstrikcija. U području primarne konstrikcije nalazi se kinetohor- ravna struktura, čiji proteini, u interakciji s mikrotubulama diobenog vretena, osiguravaju kretanje kromosoma tijekom stanične diobe.

Struktura metafaznog kromosoma:5 - centromera; 6 - sekundarna konstrikcija; 7 - satelit; 8 - kromatide; 9 - telomeri.

1 - metacentrični; 2 - submetacentrični; 3, 4 - akrocentrično.

Metafazni kromosom sastoji se od dvije kromatide. Svaki kromosom ima primarna konstrikcija (centromera)(5), koji dijeli kromosom na krakove.

Centromera (primarno istezanje) - dio kromosoma karakteriziran specifičnim nukleotidnim slijedom i strukturom. Centromera je uključena u spajanje sestrinskih kromatida, stvaranje kinetohora, konjugaciju homolognih kromosoma i uključena je u kontrolu ekspresije gena.

Upravo u području centromere povezuju se sestrinske kromatide u profazi i metafazi mitoze i homologni kromosomi u profazi i metafazi prve diobe mejoze. Na centromerama dolazi do stvaranja kinetohora: proteini koji se vežu za centromeru tvore točku pričvršćivanja mikrotubula fisijskog vretena u anafazi i telofazi mitoze i mejoze.

Odstupanja od normalnog funkcioniranja centromera dovode do problema u međusobnom rasporedu kromosoma u jezgri koja se dijeli, a kao rezultat, do kršenja procesa segregacije kromosoma (njihova raspodjela između stanica kćeri). Ovi poremećaji dovode do aneuploidije, koja može imati teške posljedice (npr. Downov sindrom kod ljudi, povezan s aneuploidijom (trisomijom) na 21. kromosomu).

Kada govorimo o morfologiji kromosoma, uzimaju se u obzir sljedeće značajke: položaj centromera, duljina krakova, prisutnost sekundarne konstrikcije i satelita.

Ovisno o položaju centromera u ljudskom kariotipu, razlikuju se kromosomi tri vrste :

1. Metacentrični, jednakokraki kromosomi: primarno suženje (centromera) nalazi se u središtu (u sredini) kromosoma, kromosomski kraci su isti.

2. Submetacentrični, kromosomi gotovo jednakih krakova: centromera se nalazi nedaleko od sredine kromosoma, krakovi kromosoma malo se razlikuju po duljini.

3. Akrocentrični, vrlo nejednaki kromosomi: centromera je jako udaljena od središta (sredine) kromosoma, krakovi kromosoma značajno se razlikuju po duljini.

Kratki krak je označen slovom -

Duga ruka je označena slovom -

Neki kromosomi imaju sekundarno suženje(6) i satelit( satelit) (7).

Sekundarno suženje- segment kromosoma koji povezuje satelit s tijelom kromosoma. U području sekundarne konstrikcije nalaze se geni ribosomske RNA, dolazi do sinteze rRNA, formiranja i sastavljanja jezgrice. Takvo sekundarno suženje se stoga naziva i nukleolarni organizator.Sekundarna suženja mogu biti na dugom kraku nekih kromosoma, a na kratkom kraku drugih.

Sekundarna konstrikcija razlikuje se od primarne odsutnošću vidljivog kuta između segmenata kromosoma.

Kod ljudi kromosomi imaju sekundarno suženje 9, 13, 14, 15, 21 i 22.

Satelit ( satelit) - ovo je kromosomski segment, najčešće heterokromatski, smješten distalno od sekundarne konstrikcije. Prema klasičnim definicijama, satelit je kuglasto tijelo promjera jednakog ili manjeg od promjera kromosoma, koje je s kromosomom povezano tankom niti. Postoje sljedeće 5 vrsta satelita:

mikrosateliti- sferoidni oblik, mali sateliti promjera polovice ili čak manje od promjera kromosoma;

makrosateliti– prilično veliki oblici satelita s promjerom većim od polovice promjera kromosoma;

linearni- sateliti koji imaju oblik dugog segmenta kromosoma. Sekundarno suženje je znatno udaljeno od krajnjeg kraja;

terminal- sateliti smješteni na kraju kromosoma;

interkalarni su sateliti smješteni između dva sekundarna suženja.

Kromosomi koji imaju suputnika nazivaju se satelit, obično se nazivaju SAT kromosomi. Oblik, veličina satelita i nit koja ga povezuje konstantni su za svaki kromosom.

Satelit zajedno sa sekundarnim suženjem čini satelitsko područje.

Krajevi kromosoma nazivaju se telomeri (9).

Telomeri(od drugog grčkog τέλος - kraj i μέρος - dio) - terminalni dijelovi kromosoma. Telomerne regije kromosoma karakterizirane su nedostatkom sposobnosti povezivanja s drugim kromosomima ili njihovim fragmentima i obavljanja zaštitne funkcije.

Pojam "telomera" predložio je G. Möller 1932. godine.

Kod ljudi, DNA telomerne regije je opetovano ponovljena nukleotidna sekvenca 5 "TTAGGG 3" u jednom od nukleotidnih lanaca DNA.

Funkcije kromosoma:

1) pohranjivanje nasljednih informacija,

2) implementacija nasljedne informacije,

3) prijenos genetskog materijala iz stanice majke u kćer.

Pravila kromosoma

1. Konstantnost broja. Somatske stanice tijela svake vrste imaju strogo definiran broj kromosoma (kod ljudi -46, kod mačaka - 38, kod voćnih mušica - 8, kod pasa -78, kod kokoši -78).

2. Uparivanje. Svaki kromosom u somatskim stanicama s diploidnim sklopom ima isti homologni (isti) kromosom, identičan po veličini, obliku, ali nejednakog porijekla: jedan od oca, drugi od majke.

3. Individualnost. Svaki par kromosoma razlikuje se od drugog para po veličini, obliku, izmjeni svijetlih i tamnih pruga.

4. Kontinuitet. Prije stanične diobe, DNA se udvostručuje i rezultat su 2 sestrinske kromatide. Nakon diobe jedna kromatida ulazi u stanice kćeri i, tako, kromosomi su kontinuirani - iz kromosoma nastaje kromosom.

Oni su dvolančani, replicirani kromosomi koji nastaju tijekom diobe. Glavna funkcija centromera je da služi kao mjesto pričvršćivanja za vlakna fisijskog vretena. Vreteno produljuje stanice i odvaja kromosome kako bi osiguralo da svaki novi dobije točan broj kromosoma kada završi ili .

DNK u centromernoj regiji kromosoma sastoji se od gusto zbijene stanice poznate kao heterokromatin, koja je jako zbijena i stoga se ne transkribira. Zbog prisutnosti heterokromatina, područje centromera obojeno je bojama tamnijim od ostalih dijelova kromosoma.

Mjesto

Centromera nije uvijek smještena u središnjem dijelu kromosoma (vidi sliku iznad). Kromosom se sastoji od kratkog kraka (p) i dugog kraka (q), koji se spajaju u centromernom području. Centromeri se mogu nalaziti blizu sredine i na nekoliko položaja duž kromosoma. Metacentrične centromere nalaze se u blizini središta kromosoma. Submetacentrične centromere su pomaknute u jednu stranu od središta, tako da je jedan krak duži od drugog. Akrocentrične centromere nalaze se blizu kraja kromosoma, a telocentrične centromere nalaze se na kraju ili u području telomera kromosoma.

Položaj centromera lako se otkriva u ljudskom kariotipu. Kromosom 1 je primjer metacentričnog centromera, kromosom 5 je primjer submetacentričnog centromera, a kromosom 13 je primjer akrocentričnog centromera.

Segregacija kromosoma u mitozi

Prije nego započne mitoza, stanica ulazi u fazu poznatu kao interfaza, gdje replicira svoju DNK u pripremi za staničnu diobu. Nastaju sestre koje su spojene na svojim centromerama.

U profazi mitoze, specijalizirana područja na centromerama koja se zovu kinetohore pričvršćuju kromosome na vlakna vretena. Kinetohore se sastoje od niza proteinskih kompleksa koji stvaraju kinetohorna vlakna koja se pričvršćuju na vreteno. Ova vlakna pomažu u manipulaciji i odvajanju kromosoma tijekom stanične diobe.

U stadiju metafaze, kromosomi se drže na metafaznoj ploči jednakim silama polarnih vlakana, pritiskajući centromere.

Tijekom anafaze, upareni centromeri u svakom pojedinačnom kromosomu počinju se međusobno odvajati, budući da su najprije centrirani u odnosu na suprotne polove stanice.

Tijekom telofaze, novoformirani kromosomi uključuju odvojene kromosome kćeri. Nakon citokineze nastaju dva različita.

Segregacija kromosoma u mejozi

U mejozi stanica prolazi kroz dvije faze procesa diobe (mejoza I i mejoza II). Tijekom metafaze I, centromeri homolognih kromosoma usmjereni su prema suprotnim polovima stanica. To znači da će se homologni kromosomi pričvrstiti u svojim centromernim regijama na vretenasta vlakna koja se protežu od samo jednog od dva pola stanice.

Kada se vlakna vretena stežu tijekom anafaze I, homologni kromosomi se povlače prema suprotnim polovima stanice, ali sestrinske kromatide ostaju zajedno. U mejozi II, vretenasta vlakna koja se protežu od oba stanična pola pričvršćuju se za sestrinske kromatide na njihovim centromerama. Sestrinske kromatide odvajaju se u anafazi II kada ih vretenasta vlakna povuku prema suprotnim polovima. Mejoza rezultira diobom i raspodjelom kromosoma među četiri nove stanice kćeri. Svaka stanica sadrži samo polovicu broja kromosoma od izvorne stanice.

Eukariotski kromosom drži se na mitotskom vretenu pričvršćivanjem mikrotubula na kinetohor koji se formira u području centromere.

Tipično, centromeri sadrže kromatin obogaćen satelitskim sekvencama DNK.

Na mitoza sestrinske kromatide migriraju na suprotne polove stanice. To se kretanje događa jer su kromosomi pričvršćeni na mikrotubule, čiji su suprotni krajevi povezani s polovima. (Mikrotubule su unutarstanične cilindrične strukture koje se organiziraju tijekom mitoze kako bi povezale kromosome s polovima stanice.)

Mjesta u dva regije, gdje su organizirani krajevi mikrotubula - blizu centriola na polovima i na kromosomima - nazivaju se MTC (centri organizacije mikrotubula).

Slika ispod shematski ilustrira proces odvajanja sestrinskih kromatida koji se događa između metafaze i telofaze mitoze. Regija kromosoma odgovorna za njegovu segregaciju tijekom mitoze i mejoze naziva se centromera. Kroz mikrotubule, centromera svake sestrinske kromatide privučena je suprotnim polovima i povlači za sobom povezani kromosom. Kromosom osigurava mehanizam za pričvršćivanje velikog broja gena na aparat za diobu.

Sadrži web stranica, koji drži sestrinske kromatide zajedno do odvajanja pojedinačnih kromosoma. Izgleda kao suženje na koje su pričvršćena sva četiri kraka kromosoma, kao što je prikazano na slici ispod, koja prikazuje sestrinske kromatide u metafazi.

Centromera potreban za segregaciju kromosoma. To potvrđuju svojstva kromosoma, čiji je integritet povrijeđen. Kao rezultat prekida, jedan fragment kromosoma zadržava centromeru, dok je drugi, nazvan acentrični, ne sadrži. Acentrični fragment se ne može vezati za mitotičko vreteno, zbog čega ne ulazi u jezgru stanice kćeri.

Područja kromosoma, koji okružuju centromeru, obično sadrže , bogate satelitskim sekvencama, i značajnu količinu heterokromatina. Budući da je cijeli mitotski kromosom kondenziran, centromerni heterokromatin je u njemu nevidljiv. Međutim, može se vizualizirati pomoću tehnike bojenja koja otkriva C-trake. Na donjoj slici tamno obojeno područje prisutno je u području svih centromera. Ovaj obrazac se najčešće vidi, iako se heterokromatin ne mora naći u području svake centromere. Ovo sugerira da centromerni heterokromatin, očito, nije nužna komponenta mehanizma diobe.

Područje obrazovanja centromere u kromosomu određen je primarnom strukturom DNA (iako je specifičan slijed poznat samo za mali broj kromosoma). Centromere DNA veže određene proteine ​​koji tvore strukturu koja omogućuje kromosomima da se pričvrste na mikrotubule. Ova se struktura naziva kinetohor. To je obojena fibrilarna struktura promjera ili duljine od oko 400 nm.

Kinetohor osigurava stvaranje CMTC na kromosomu. Donja slika prikazuje hijerarhijsku organizaciju vezanja centromerne DNA na mikrotubule. Proteini povezani s DNA centromera povezani su s drugim proteinima, koji su pak povezani s mikrotubulima.

Kada sestrinske kromatidne centromere počnu kretati prema polovima, kromatide ostaju spojene "lijepljenjem" proteina koji se nazivaju kohezini. Najprije se kromatide odvajaju na centromeri, a zatim se u anafazi, kada su kohezini uništeni, potpuno odvajaju jedna od druge.

Funkcije

Centromera je uključena u spajanje sestrinskih kromatida, stvaranje kinetohora, konjugaciju homolognih kromosoma i uključena je u kontrolu ekspresije gena.

Upravo u području centromere povezuju se sestrinske kromatide u profazi i metafazi mitoze i homologni kromosomi u profazi i metafazi prve diobe mejoze. Na centromerama dolazi do stvaranja kinetohora: proteini koji se vežu za centromeru tvore točku pričvršćivanja mikrotubula fisijskog vretena u anafazi i telofazi mitoze i mejoze.

Odstupanja od normalnog funkcioniranja centromera dovode do problema u međusobnom rasporedu kromosoma u jezgri koja se dijeli, a posljedično i do poremećaja u procesu segregacije kromosoma (njihove raspodjele između stanica kćeri). Ovi poremećaji dovode do aneuploidije, koja može imati teške posljedice (npr. Downov sindrom kod ljudi, povezan s aneuploidijom (trisomijom) na 21. kromosomu).

Centromerna sekvenca

Kod većine eukariota centromera nema odgovarajući specifičan slijed nukleotida. Obično se sastoji od velikog broja ponavljanja DNK (npr. satelitske DNK) u kojima je slijed unutar pojedinačnih elemenata ponavljanja sličan, ali ne i identičan. Kod ljudi se glavna ponovljena sekvenca naziva α-satelit, ali postoji nekoliko drugih vrsta sekvenci u ovoj regiji. Međutim, utvrđeno je da nema dovoljno ponavljanja α-satelita za formiranje kinetohora i da su poznate funkcionalne centromere koje ne sadrže DNA α-satelita.

Nasljedstvo

Epigenetsko nasljeđe igra značajnu ulogu u određivanju položaja centromera u većini organizama. Kromosomi kćeri tvore centromere na istim mjestima kao i kromosomi majke, bez obzira na prirodu sekvence koja se nalazi u regiji centromere. Pretpostavlja se da mora postojati neki primarni način za određivanje položaja centromera, čak i ako je njegov položaj naknadno određen epigenetskim mehanizmima.

Struktura

DNA centromere obično predstavlja heterokromatin, koji može biti bitan za njezino funkcioniranje. U ovom kromatinu normalni histon H3 zamijenjen je histonom CENP-A specifičnim za centromeru (CENP-A je karakterističan za pekarski kvasac). S.cerevisiae, ali čini se da su slični specijalizirani nukleosomi prisutni u svim eukariotskim stanicama). Smatra se da je prisutnost CENP-A potrebna za sastavljanje kinetohora na centromeri i može igrati ulogu u epigenetskom nasljeđivanju lokacije centromere.

U nekim slučajevima, na primjer, u nematodi Caenorhabditis elegans, kod Lepidoptera, a također i kod nekih biljaka, kromosomi holocentričan. To znači da kromosom nema karakteristike primarno suženje- specifično mjesto na koje su pretežno vezani mikrotubuli fisijskog vretena. Kao rezultat toga, kinetohor je difuzne prirode, a mikrotubule se mogu pričvrstiti duž cijele duljine kromosoma.

centromerne aberacije

U nekim slučajevima, osoba je primijetila stvaranje dodatnih neocentromera. To se obično kombinira s inaktivacijom stare centromere, jer dicentrični kromosomi (kromosomi s dvije aktivne centromere) obično se uništavaju tijekom mitoze.

U nekim neuobičajenim slučajevima zabilježeno je spontano stvaranje neocentromera na fragmentima raspadnutih kromosoma. Neki od tih novih položaja izvorno su bili eukromatin i uopće nisu sadržavali alfa satelitsku DNK.

vidi također

Linkovi

Zaklada Wikimedia. 2010. godine.

Pogledajte što je "Centromere" u drugim rječnicima:

Centromera ... Pravopisni rječnik

Kinetochor Rječnik ruskih sinonima. centromera imenica, broj sinonima: 1 kinetohor (1) ASIS rječnik sinonima. V.N. Trishin ... Rječnik sinonima

- (od središte i grčki dio meros) (kinetohor) dio kromosoma koji drži zajedno njegove dvije niti (kromatide). Tijekom diobe centromeri usmjeravaju kretanje kromosoma prema polovima stanice ... Veliki enciklopedijski rječnik

Centromere, dio kromosoma koji se pojavljuje samo u procesu stanične diobe. Kada se kromosomi skrate tijekom MEJOZE ili MITOZE, centromeri se pojavljuju kao suženja koja ne sadrže nikakve gene. Uz njihovu pomoć, kromosomi su pričvršćeni na ... ... Znanstveni i tehnički enciklopedijski rječnik

- (od lat. centrum, grč. kentron središte, centar i grč. meros dio, udio), kinetohor, dio kromosoma koji kontrolira njegovo kretanje prema različitim polovima stanice tijekom mitoze ili mejoze; mjesto vezanja za niti kromosoma ... ... Biološki enciklopedijski rječnik

centromera- Ograničeno područje u kromosomu, uključujući mjesto pričvršćivanja vretena tijekom mitoze ili mejoze Biotehnološke teme EN centromera … Tehnički prevoditeljski priručnik

Centromera- * centromera * centromera ili kinetohor je konzervativna regija eukariotskog kromosoma, na koju su niti vretena (vidi) pričvršćene tijekom mitoze (vidi). DNA koja tvori C. sastoji se od tri domene (elementa) CDE I, CDE II i CDE III. CDE I i... Genetika. enciklopedijski rječnik

- (od centra i grčkog dijela méros) (kinetohor), dio kromosoma koji drži zajedno njegove dvije niti (kromatide). Tijekom diobe centromeri usmjeravaju kretanje kromosoma prema polovima stanice. * * * CENTROMETAR CENTROMETAR (od centra (vidi DIREKTNU PLOČU) i ... enciklopedijski rječnik

Centromere centromere. Dio monocentričnog kromosoma u kojem su sestrinske kromatide međusobno povezane i u čijem su području pričvršćene niti vretena koje osiguravaju kretanje kromosoma prema polovima diobe; obično centromerna područja ... ... Molekularna biologija i genetika. Rječnik.

centromera- centromera statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Pirminė chromosomos persmauga, prie kurios prisitvirtina achromatinės verpstės siūlai. atitikmenys: engl. centromera; kinetohor rus. kinetohor; centromera ... Žemės ūkio augalų selekcijos ir sėklininkystės terminų žodynas

broj 9, 2007

© Vershinin A.V.

Centromeri i telomeri kromosoma

A.V. Veršinjin

Aleksandar Vasiljevič Veršinjin, doktor bioloških znanosti, glavni znanstveni suradnik Institut za citologiju i genetiku SB RAS.

Što su kromosomi, danas gotovo svi znaju. Ove nuklearne organele, u kojima su lokalizirani svi geni, čine kariotip određene vrste. Pod mikroskopom, kromosomi izgledaju kao jednolične, izdužene tamne štapićaste strukture, a slika koja se vidi vjerojatno neće djelovati kao intrigantan prizor. Štoviše, pripravci kromosoma velikog broja živih bića koja žive na Zemlji razlikuju se samo po broju ovih štapića i modifikacijama njihova oblika. Međutim, postoje dva svojstva koja su zajednička kromosomima svih vrsta. Prvi je prisutnost obavezne kompresije (ili suženja) koja se nalazi ili u sredini ili pomaknuta na jedan od krajeva kromosoma, nazvana "centromera". Drugi je prisutnost na svakom kraju kromosoma specijalizirane strukture - telomera (slika 1). Razni geni smješteni duž krakova (dijelovi kromosoma od centromera do fizičkog kraja) kromosoma, zajedno s regulatornim sekvencama DNK, odgovorni su za obavljanje raznih funkcija. To osigurava jedinstvenost genetske informacije kodirane u svakom kraku svakog pojedinačnog kromosoma.

Centromerna i telomerna regija zauzimaju poseban položaj, jer obavljaju izuzetno važne, ali iste funkcije u kromosomima svih eukariotskih vrsta. Brojna istraživanja još uvijek nisu dala jasan odgovor na pitanje koje su molekularne strukture odgovorne za obavljanje ovih funkcija i na koji ih način obavljaju, no posljednjih je godina postignut očit napredak u tom smjeru.

Prije razjašnjavanja molekularne strukture centromera i telomera smatralo se da njihove funkcije trebaju biti određene (kodirane) univerzalnim, au isto vrijeme specifičnim za te regije sekvencama DNA. Međutim, izravno određivanje primarnog slijeda nukleotida (sekvenciranje DNA) bilo je komplicirano činjenicom da te regije, u pravilu, koegzistiraju u kromosomima s regijama visoke koncentracije ponavljajućih sekvenci DNA. Što se danas zna o ovim funkcionalno važnim regijama kromosoma?

Centromeri

Do sredine prošlog stoljeća brojna citološka istraživanja pokazala su odlučujuću ulogu centromera u morfologiji kromosoma. Kasnije je otkriveno da je centromera, zajedno s kinetohorom (strukturom koja se sastoji uglavnom od proteina), odgovorna za pravilnu divergenciju kromosoma u stanice kćeri tijekom stanične diobe. Vodeća uloga centromera u tom procesu je očita: na kraju krajeva, na njega je vezano diobeno vreteno, koje zajedno sa staničnim centrima (polovima) čini aparat za diobu stanice. Zbog kontrakcije niti vretena kromosomi se tijekom diobe pomiču prema polovima stanice.

Obično se opisuje pet faza stanične diobe (mitoze). Radi jednostavnosti, usredotočit ćemo se na tri glavne faze u ponašanju kromosoma stanice koja se dijeli (slika 2). U prvoj fazi dolazi do postupne linearne kontrakcije i zadebljanja kromosoma, zatim se formira vreteno stanične diobe koje se sastoji od mikrotubula. Na drugom se kromosomi postupno pomiču prema središtu jezgre i poredaju duž ekvatora, vjerojatno kako bi olakšali pričvršćivanje mikrotubula na centromere. U tom slučaju nuklearna ovojnica nestaje. U posljednjoj fazi, polovice kromosoma - kromatide - se razilaze. Čini se da mikrotubule pričvršćene na centromere poput tegljača vuku kromatide do polova stanice. Od trenutka divergencije, bivše sestrinske kromatide nazivaju se kromosomi kćeri. Dolaze do polova vretena i spajaju se paralelno. Nastaje nuklearna ovojnica.

Riža. 2. Glavne faze mitoze.
S lijeva na desno: zbijanje kromosoma, stvaranje fisijskog vretena; poredak kromosoma duž ekvatora stanice,
pričvršćenje vretena na centromere; kretanje kromatida prema polovima stanice.

Pažljivim promatranjem može se uočiti da je u procesu stanične diobe u svakom kromosomu centromera u stalnom položaju. Održava blizak dinamički odnos sa staničnim središtem (polom). Podjela centromere događa se istovremeno u svim kromosomima.

Metode sekvenciranja razvijene posljednjih godina omogućile su određivanje primarne strukture DNK proširenih dijelova ljudskih centromera, vinskih mušica Drosophila i biljke Arabidopsis. Pokazalo se da je u kromosomima ljudi i biljaka centromerna aktivnost povezana s blokom tandemski organiziranih ponavljanja (monomera) DNA koji su slične veličine (170-180 parova nukleotida, bp). Takve regije nazivaju se satelitska DNK. U mnogim vrstama, uključujući one koje su evolucijski udaljene jedna od druge, veličina monomera je gotovo ista: različite vrste majmuna - 171 bp, kukuruz - 180 bp, riža - 168 bp, kukac Chironomus - 155 bp. Možda to odražava opće zahtjeve potrebne za funkciju centromera.

Unatoč činjenici da je tercijarna struktura ljudskih i centromera Arabidopsis organizirana na isti način, pokazalo se da su primarni nukleotidni nizovi (ili redoslijed nukleotida) u njihovim monomerima potpuno različiti (slika 3). Ovo je iznenađujuće za regiju kromosoma koja obavlja tako važnu i svestranu funkciju. Međutim, kada se analizira molekularna organizacija centromera u Drosophili, pronađen je određeni strukturni obrazac, naime, prisutnost dijelova monomera približno iste veličine. Stoga se kod Drosophile centromera X-kromosoma sastoji uglavnom od dvije vrste vrlo kratkih jednostavnih ponavljanja (AATAT i AAGAG), prekinutih retrotranspozonima (mobilnim elementima DNA) i "otocima" složenije DNA. Svi ovi elementi pronađeni su u genomu Drosophile i izvan centromera, međutim u njima nisu pronađene DNA sekvence karakteristične za svaku centromeru. To znači da centromerne sekvence DNA same po sebi nisu dovoljne i nisu potrebne za nastanak centromera.

Riža. 3. Struktura DNA u ljudskim i biljnim centromerama.

Pravokutnici odgovaraju tandem organiziranim monomerima s identičnim nukleotidnim slijedom unutar (primarna struktura DNA). U različitim vrstama, primarna struktura DNA monomera se razlikuje, a sekundarna je spirala. Niz monomera odražava višu razinu strukturne organizacije DNK.

Funkcionalnu ulogu centromerne strukture kromatina potvrđuje prisutnost varijanti histona H3 specifičnih za svaku biološku vrstu u centromernom kromatinu: kod ljudi se nazivaju CENP-A, kod biljaka - CENH3. Među mnogim proteinima prisutnim u kinetohoru, samo se dva, CENH3 i centromerni protein C (CENP-C), vežu izravno na DNA. Moguće je da CENH3, u interakciji s drugim histonima (H2A, H2B i H4), formira i određuje tip nukleosoma specifičan za centromeru. Takvi nukleosomi mogu poslužiti kao neka vrsta sidra za formiranje kinetohora. Varijante histona H3 u centromerama raznih vrsta slične su kanonskoj molekuli histona H3 na mjestima interakcije s drugim histonskim proteinima (H2A, H2B, H4). Međutim, mjesto centromernog histona H3, koji je u interakciji s molekulom DNA, očito je pod djelovanjem pokretačke selekcije. Kao što je već spomenuto, primarna struktura centromerne DNA razlikuje se među vrstama, te je sugerirano da centromerni histon H3 koevoluira s centromernom DNA, osobito kod Drosophile i Arabidopsis.

Otkriće centromernog histona H3 dovelo je do ekstremnog gledišta, prema kojemu je centromerna funkcija i njezina potpuna neovisnost o primarnoj strukturi DNA određena nukleosomskom organizacijom i ovim histonom. Ali jesu li ovi čimbenici dovoljni za punu aktivnost centromera? Modeli koji zanemaruju ulogu primarne strukture DNK trebali bi pretpostaviti nasumične distribucije promjena u strukturi centromerne DNK u različitim populacijama u nedostatku selekcije. Međutim, analiza satelitske DNA u ljudskim centromerama i Arabidopsis otkrili su očuvane regije kao i regije s varijabilnošću većom od prosječne, što ukazuje na selekcijski pritisak na centromernu DNA. Osim toga, umjetne centromere dobivene su samo s ljudskim a-satelitnim ponavljanjima pojačanim iz prirodnih centromera, ali ne i iz a-satelita pericentromernih regija kromosoma.

Lakše je objasniti modele u kojima je odlučujući čimbenik u određivanju položaja centromera (koji se održava iz generacije u generaciju) i njezinih funkcija tercijarna (ili čak višeg reda) struktura DNA. Njegov konzervativizam dopušta velike varijacije u slijedu nukleotida i ne isključuje fino podešavanje primarne strukture.

Posljednjih godina postalo je očito da ne postoje univerzalne sekvence DNA koje izravno određuju funkcije centromera i telomera. U tim regijama kromosoma, DNA služi kao platforma za sastavljanje složenih, višekomponentnih kompleksa DNA-protein, koji osiguravaju ove funkcije. Više detalja o komplementarnoj organizaciji ovih kompleksa i njihovom koordiniranom funkcioniranju možete pronaći u našem pregledu. Uz komponente specifične za centromere i telomere, ovi kompleksi uključuju i one koje sudjeluju u obavljanju više funkcija, ponekad čak i suprotnih. Na primjer, heterodimer Ku70/80 sastavni je dio telomera i djeluje kao pozitivni regulator duljine telomera u kvasca i negativan regulator u Arabidopsis. Istodobno, ovaj protein je uključen u prepoznavanje lomova kromosoma i njihovu obnovu. Bez sumnje, jedno od najaktuelnijih područja istraživanja je identifikacija molekularne prirode mehanizama regulacije različitih molekularnih kompleksa koji osiguravaju aktivnost centromera i telomera.

Rad je podržan od strane Ruske zaklade za osnovna istraživanja (projekt 04-04-48813), INTAS (03-51-5908)
i Program integracijskih projekata SB RAN (projekt 45/2).

Književnost

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

2. Vershinin A.V.// Genetika. 2006. V.42. P.1200-1214.

3. Wu J., Yamagata H., Hayashi-Tsugane M. i sur.// Biljna stanica. 2004. V.16. P.967-976.

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

5. Muller H.J. Daljnje studije o prirodi i uzrocima genskih mutacija, Proc. Šesti međ. Congr. Genet. 1932.V.1. P.213-255.

6. Louis E.J., Vershinin A.V.. // BioEseji. 2005. V.27. P.685-697.

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