A szomatikus és csírasejtek osztódásának módszerei. Centromerek A kromoszómák szegregációja a meiózis során

Minden kromoszómának van két vállés a köztük lévő elvékonyodott terület - centromer, vagy elsődleges szűkület. Az elsődleges szűkület régiójában található kinetochore- lapos szerkezet, amelynek fehérjéi az osztódási orsó mikrotubulusaival kölcsönhatásba lépve biztosítják a kromoszómák mozgását a sejtosztódás során.

A metafázis kromoszóma szerkezete:5 - centromer; 6 - másodlagos szűkület; 7 - műhold; 8 - kromatidák; 9 - telomerek.

1 - metacentrikus; 2 - szubmetacentrikus; 3, 4 - akrocentrikus.

Metafázisú kromoszóma két kromatidból áll. Minden kromoszómának van elsődleges szűkület (centromer)(5), amely a kromoszómát karokra osztja.

Centromere (elsődleges nyújtás) - egy kromoszóma szakasza, amelyet meghatározott nukleotidszekvencia és szerkezet jellemez. A centromer részt vesz a testvérkromatidák összekapcsolásában, a kinetochore kialakulásában, a homológ kromoszómák konjugációjában, és részt vesz a génexpresszió szabályozásában.

A centroméra régiójában kapcsolódnak testvérkromatidák a mitózis profázisában és metafázisában, a homológ kromoszómák pedig a meiózis első osztódásának profázisában és metafázisában. A centromereken kinetokorok képződnek: a centromerhez kötődő fehérjék kapcsolódási pontot képeznek a hasadási orsó mikrotubulusai számára a mitózis és meiózis anafázisában és telofázisában.

A centromer normál működésétől való eltérések problémákhoz vezetnek az osztódó magban lévő kromoszómák kölcsönös elrendeződésében, és ennek eredményeként a kromoszóma szegregáció (leánysejtek közötti eloszlásuk) folyamatában. Ezek a rendellenességek aneuploidiához vezetnek, aminek súlyos következményei lehetnek (például embereknél Down-szindróma, amely a 21. kromoszómán aneuploidiával (triszómiával) társul).

Amikor a kromoszómák morfológiájáról beszélünk, a következő jellemzőket veszik figyelembe: a centromer helyzete, a karok hossza, egy másodlagos szűkület és egy műhold jelenléte.

Attól függően, hogy a centromer hol helyezkedik el az emberi kariotípusban, kromoszómákat különböztetünk meg három fajta :

1. Metacentrikus, egyenlő karú kromoszómák: az elsődleges szűkület (centromer) a kromoszóma közepén (középen) helyezkedik el, a kromoszómakarok azonosak.

2. Szubmetacentrikus, közel egykarú kromoszómák: a centromer a kromoszóma közepétől nem messze helyezkedik el, a kromoszóma karjai hosszában kissé eltérnek egymástól.

3. Akrocentrikus, nagyon egyenlőtlen kromoszómák: a centromer nagyon messze van a kromoszóma középpontjától (középtől), a kromoszómakarok hossza jelentősen eltér egymástól.

A rövid kart a betű jelöli -

A hosszú kart a betű jelöli -

Egyes kromoszómák rendelkeznek másodlagos szűkület(6) és műhold( műhold) (7).

Másodlagos szűkület- a kromoszóma szegmense, amely összeköti a műholdat a kromoszóma testével. A másodlagos szűkület tartományában riboszomális RNS gének helyezkednek el, rRNS szintézis megy végbe, kialakul és összeáll a sejtmag. Az ilyen másodlagos szűkületet ezért nukleoláris szervezőnek is nevezik.A másodlagos szűkület egyes kromoszómák hosszú karján, másokban a rövid karján lehet.

A másodlagos szűkület abban különbözik az elsődlegestől, hogy nincs észrevehető szög a kromoszóma szegmensei között.

Az emberben a kromoszómák másodlagos szűkülettel rendelkeznek 9., 13., 14., 15., 21. és 22.

Műhold ( műhold) - ez egy kromoszóma szegmens, leggyakrabban heterokromatikus, amely a másodlagos szűkülettől distalisan helyezkedik el. A klasszikus definíciók szerint a műhold egy kromoszóma átmérőjével megegyező vagy annál kisebb átmérőjű gömb alakú test, amely vékony fonallal kapcsolódik a kromoszómához. Vannak a következők 5 típusú műhold:

mikroműholdak- gömb alakú, kis műholdak, amelyek átmérője fele vagy még kisebb, mint a kromoszóma átmérője;

makroműholdak– a műholdak meglehetősen nagy formái, amelyek átmérője meghaladja a kromoszóma átmérőjének felét;

lineáris- hosszú kromoszómaszegmens formájú műholdak. A másodlagos szűkület jelentősen eltávolítható a terminál végéről;

terminál- a kromoszóma végén található műholdak;

interkaláris két másodlagos szűkület között elhelyezkedő műholdak.

Azokat a kromoszómákat, amelyeknek van társa, ún műhold, általában hivatkoznak rájuk SAT kromoszómák. A műhold alakja, mérete és az azt összekötő szál kromoszómánként állandó.

A műhold a másodlagos szűkülettel együtt alkot műholdas terület.

A kromoszómák végeit ún telomerek (9).

Telomerek(más görög τέλος - vég és μέρος - rész) - a kromoszómák terminális szakaszai. A kromoszómák telomer régióit az jellemzi, hogy nem tudnak más kromoszómákkal vagy azok fragmentumaival kapcsolódni és védő funkciót ellátni.

A „telomer” kifejezést G. Möller javasolta 1932-ben.

Emberben a telomer régió DNS-e egy többször ismétlődő nukleotidszekvencia 5 „TTAGGG 3” az egyik DNS nukleotidláncban.

A kromoszómák funkciói:

1) örökletes információk tárolása,

2) örökletes információ megvalósítása,

3) a genetikai anyag átvitele az anyasejtből a lányba.

Kromoszóma szabályok

1. A szám állandósága. Az egyes fajok testének szomatikus sejtjei szigorúan meghatározott számú kromoszómával rendelkeznek (emberben -46, macskákban - 38, gyümölcslegyekben - 8, kutyákban -78, csirkékben -78).

2. Párosítás. A diploid készlettel rendelkező szomatikus sejtekben minden kromoszóma azonos homológ (ugyanolyan) kromoszómával rendelkezik, méretben, formájukban azonos, de eredete nem egyenlő: az egyik az apától, a másik az anyától származik.

3. Egyéniség. Mindegyik kromoszómapár méretében, alakjában, a világos és sötét csíkok váltakozásában különbözik a másik pártól.

4. Folytonosság. A sejtosztódás előtt a DNS megduplázódik, és az eredmény 2 testvérkromatid. Az osztódás után egy kromatida kerül a leánysejtekbe, így a kromoszómák folyamatosak - a kromoszómából kromoszóma képződik.

Kétszálú, replikált kromoszómák, amelyek az osztódás során keletkeznek. A centromer fő funkciója, hogy a hasadási orsószálak rögzítési helyeként szolgáljon. Az orsó meghosszabbítja a sejteket és elválasztja a kromoszómákat, hogy minden új megfelelő számú kromoszómát kapjon, ha befejeződött vagy .

A kromoszóma centromer régiójában található DNS egy heterokromatin néven ismert, sűrűn csomagolt sejtből áll, amely erősen tömörített, ezért nem íródik át. A heterokromatin jelenléte miatt a centromer régió a kromoszóma más részeinél sötétebb festékekkel festődik.

Elhelyezkedés

A centromer nem mindig a kromoszóma központi régiójában található (lásd a fenti képet). A kromoszóma egy rövid karból (p) és egy hosszú karból (q) áll, amelyek a centromer régióban kapcsolódnak össze. A centromerek a kromoszóma közepén és több helyen is elhelyezkedhetnek. A metacentrikus centromerek a kromoszómák középpontjának közelében helyezkednek el. A szubmetacentrikus centromerek a középponttól az egyik oldalra tolódnak el, így az egyik kar hosszabb, mint a másik. Az akrocentrikus centromerek a kromoszóma végének közelében, a telocentrikus centromerek pedig a kromoszóma végén vagy a telomer régióban helyezkednek el.

A centromer helyzete könnyen kimutatható az emberi kariotípusban. Az 1. kromoszóma a metacentrikus centromer, az 5. kromoszóma egy szubmetacentrikus centromer, a 13. kromoszóma pedig egy akrocentrikus centromer.

Kromoszóma szegregáció mitózisban

A mitózis megkezdése előtt a sejt egy interfázisnak nevezett szakaszba lép, ahol a sejtosztódás előkészítéseként replikálja DNS-ét. Nővérek jönnek létre, amelyek a centromereiken kapcsolódnak össze.

A mitózis profázisában a centromerek speciális régiói, úgynevezett kinetochorek kapcsolják a kromoszómákat az orsórostokhoz. A kinetokorok fehérjekomplexek sorozatából állnak, amelyek kinetochore rostokat generálnak, amelyek az orsóhoz kapcsolódnak. Ezek a rostok segítenek a kromoszómák manipulálásában és elválasztásában a sejtosztódás során.

A metafázis stádiumában a kromoszómákat a poláris rostok egyenlő ereje tartja a metafázis lemezen, megnyomva a centromereket.

Az anafázis során az egyes kromoszómák páros centromerei elkezdenek eltávolodni egymástól, mivel először a sejt ellentétes pólusaihoz képest központosulnak.

A telofázis során az újonnan képződött kromoszómák külön leánykromoszómákat tartalmaznak. A citokinézis után két különböző képződik.

Kromoszóma szegregáció meiózisban

A meiózisban a sejt az osztódási folyamat két szakaszán megy keresztül (meiosis I. és meiosis II). Az I. metafázis során a homológ kromoszómák centromerei a sejtek ellentétes pólusaira orientálódnak. Ez azt jelenti, hogy a homológ kromoszómák centromer régiójukban a sejt két pólusa közül csak az egyikből kinyúló orsórostokhoz kapcsolódnak.

Amikor az orsórostok az anafázis I során összehúzódnak, a homológ kromoszómák az ellentétes sejtpólusok felé húzódnak, de a testvérkromatidák együtt maradnak. A II. meiózisban a mindkét sejtpólusból kinyúló orsórostok centromereiken testvérkromatidákhoz kapcsolódnak. A testvérkromatidák a II. anafázisban szétválnak, amikor az orsószálak ellentétes pólusok felé húzzák őket. A meiózis a kromoszómák osztódását és eloszlását eredményezi négy új leánysejt között. Minden sejt csak fele annyi kromoszómát tartalmaz, mint az eredeti sejt.

Az eukarióta kromoszómát azáltal tartják a mitotikus orsón, hogy mikrotubulusok kapcsolódnak a kinetochorehoz, amely a centromer régióban képződik.

A centromerek jellemzően szatellit DNS-szekvenciákban dúsított kromatint tartalmaznak.

Nál nél mitózis a testvérkromatidák a sejt ellentétes pólusaira vándorolnak. Ez a mozgás azért következik be, mert a kromoszómák mikrotubulusokhoz kapcsolódnak, amelyek ellentétes végei a pólusokhoz kapcsolódnak. (A mikrotubulusok intracelluláris hengeres struktúrák, amelyek a mitózis során szerveződnek, hogy a kromoszómákat összekapcsolják a sejt pólusaival.)

Oldalak kettőben régiók, ahol a mikrotubulusok végei rendeződnek - a centriole közelében a pólusoknál és a kromoszómákon - MTC-knek (mikrotubulusok szerveződésének központjai) nevezik.

Kép lent sematikusan szemlélteti a testvérkromatidák szétválásának folyamata, amely a mitózis metafázisa és telofázisa között megy végbe. A kromoszóma mitózis és meiózis során történő szegregációjáért felelős régióját centromérának nevezik. A mikrotubulusokon keresztül az egyes testvérkromatidák centromerje az ellentétes pólusokhoz húzódik, és meghúzza a hozzá kapcsolódó kromoszómát. A kromoszóma olyan mechanizmust biztosít, amely nagyszámú gént köt az osztókészülékhez.

Tartalmaz weboldal, amely összetartja a testvérkromatidákat az egyes kromoszómák elkülönüléséig. Úgy néz ki, mint egy szűkület, amelyhez a kromoszóma mind a négy karja kapcsolódik, ahogy az alábbi ábrán látható, amely a testvérkromatidákat mutatja metafázisban.

Centromere szükséges a kromoszóma szegregációhoz. Ezt megerősítik a kromoszómák tulajdonságai, amelyek integritását megsértették. A törés következtében a kromoszóma egyik fragmentuma megtartja a centromert, míg a másik, úgynevezett acentrikus nem tartalmazza. Az acentrikus fragmentum nem tud a mitotikus orsóhoz kapcsolódni, ennek következtében nem jut be a leánysejt magjába.

Területek kromoszómák, amelyek a centromert szegélyezik, általában , szatellitszekvenciákban gazdag és jelentős mennyiségű heterokromatint tartalmaznak. Mivel a teljes mitotikus kromoszóma kondenzált, a centromer heterokromatin láthatatlan benne. Azonban láthatóvá lehet tenni egy festési technikával, amely felfedi a C-sávokat. Az alábbi ábrán egy sötét színű régió található az összes centromer régiójában. Ez a mintázat a leggyakrabban látható, bár előfordulhat, hogy heterokromatin nem található az egyes centromerek régiójában. Ez arra utal, hogy a centromer heterokromatin nyilvánvalóan nem szükséges összetevője az osztódási mechanizmusnak.

Oktatási terület centromerek egy kromoszómában a DNS elsődleges szerkezete határozza meg (bár a specifikus szekvencia csak kis számú kromoszómánál ismert). A Centromer DNS megköt bizonyos fehérjéket, amelyek olyan szerkezetet alkotnak, amely lehetővé teszi a kromoszómák mikrotubulusokhoz való kapcsolódását. Ezt a szerkezetet kinetochore-nak nevezik. Ez egy festett fibrilláris szerkezet, amelynek átmérője vagy hossza körülbelül 400 nm.

A Kinetochore biztosítja az alkotást CMTC a kromoszómán. Az alábbi ábra a centromer DNS mikrotubulusokhoz való kötődésének hierarchikus szerveződését mutatja. A centromer DNS-hez kapcsolódó fehérjék más fehérjékhez kapcsolódnak, amelyek viszont mikrotubulusokhoz kapcsolódnak.

Mikor testvér kromatid centromerek elkezdenek mozogni a pólusok felé, a kromatidákat a cohesinnek nevezett "ragasztó" fehérjék tartják össze. Először a kromatidák a centromeren válnak el, majd anafázisban, amikor a kohezinok elpusztulnak, teljesen elválik egymástól.

Funkciók

A centromer részt vesz a testvérkromatidák összekapcsolásában, a kinetochore kialakulásában, a homológ kromoszómák konjugációjában, és részt vesz a génexpresszió szabályozásában.

A centroméra régiójában kapcsolódnak testvérkromatidák a mitózis profázisában és metafázisában, a homológ kromoszómák pedig a meiózis első osztódásának profázisában és metafázisában. A centromereken kinetokorok képződnek: a centromerhez kötődő fehérjék kapcsolódási pontot képeznek a hasadási orsó mikrotubulusai számára a mitózis és meiózis anafázisában és telofázisában.

A centromer normál működésétől való eltérések problémákhoz vezetnek az osztódó magban lévő kromoszómák kölcsönös elrendeződésében, és ennek eredményeként a kromoszóma szegregáció (leánysejtek közötti eloszlásuk) folyamatában. Ezek a rendellenességek aneuploidiához vezetnek, aminek súlyos következményei lehetnek (például embereknél Down-szindróma, amely a 21. kromoszómán aneuploidiával (triszómiával) társul).

Centromer szekvencia

A legtöbb eukarióta esetében a centromernek nincs megfelelő nukleotidszekvenciája. Általában nagyszámú DNS-ismétlődésből áll (pl. szatellit-DNS), amelyekben az egyes ismétlődő elemeken belüli szekvencia hasonló, de nem azonos. Emberben a fő ismétlődő szekvenciát α-szatellitnak nevezik, de számos más típusú szekvencia is található ebben a régióban. Megállapítást nyert azonban, hogy nincs elegendő α-szatellit ismétlődés a kinetochore kialakításához, és ismertek működő centromerek, amelyek nem tartalmaznak α-műhold DNS-t.

Öröklés

Az epigenetikai öröklődés jelentős szerepet játszik a centromerek elhelyezkedésének meghatározásában a legtöbb organizmusban. A leánykromoszómák ugyanott képeznek centromereket, mint az anyai kromoszóma, függetlenül a centromer régióban található szekvencia természetétől. Feltételezhető, hogy léteznie kell valamilyen elsődleges módszernek a centromer helyének meghatározására, még akkor is, ha a helyét később epigenetikai mechanizmusok határozzák meg.

Szerkezet

A centromer DNS-ét általában heterokromatin képviseli, amely elengedhetetlen lehet a működéséhez. Ebben a kromatinban a normál H3 hisztont a centromerre specifikus CENP-A hiszton váltja fel (a CENP-A a sütőélesztőre jellemző). S.cerevisiae, de úgy tűnik, hogy hasonló speciális nukleoszómák minden eukarióta sejtben jelen vannak). Úgy gondolják, hogy a CENP-A jelenléte szükséges a kinetokornak a centromeren való összeállításához, és szerepet játszhat a centromer elhelyezkedésének epigenetikai öröklődésében.

Egyes esetekben, például fonálféregben Caenorhabditis elegans, Lepidoptera-ban, valamint egyes növényekben, kromoszómákban is holocentrikus. Ez azt jelenti, hogy a kromoszómának nincs jellemzője elsődleges szűkület- egy meghatározott hely, amelyhez túlnyomórészt a hasadási orsó mikrotubulusai kapcsolódnak. Ennek eredményeként a kinetochore diffúz jellegű, és a mikrotubulusok a kromoszóma teljes hosszában megtapadhatnak.

centromer aberrációk

Egyes esetekben egy személy megjegyezte további képződését neocentromer. Ezt általában a régi centromer inaktiválásával kombinálják, mivel dicentrikus kromoszómák (két aktív centromerrel rendelkező kromoszómák) általában elpusztulnak a mitózis során.

Néhány szokatlan esetben neocentromerek spontán képződését figyelték meg a szétesett kromoszómák fragmentumain. Ezen új pozíciók egy része eredetileg euchromatin volt, és egyáltalán nem tartalmazott alfa-szatellit DNS-t.

Lásd még

Linkek

Wikimédia Alapítvány. 2010 .

Nézze meg, mi a "Centromere" más szótárakban:

Centromere... Helyesírási szótár

Kinetohor szótár orosz szinonimák. centromere főnév, szinonimák száma: 1 kinetochore (1) ASIS szinonim szótár. V.N. Trishin... Szinonima szótár

- (a középpontból és a görög merosz részből) (kinetochore) a kromoszóma két szálát (kromatidát) összetartó szakasza. Az osztódás során a centromerek a kromoszómák mozgását a sejt pólusai felé irányítják... Nagy enciklopédikus szótár

Centromer, a kromoszóma része, amely csak a sejtosztódás folyamatában jelenik meg. Amikor a kromoszómák lerövidülnek a MEIOSIS vagy MITOSIS során, a centromerek szűkületként jelennek meg, amelyek nem tartalmaznak géneket. Segítségükkel a kromoszómák a ...... Tudományos és műszaki enciklopédikus szótár

- (a latin centrum, görög kentron középpont, középpont és görög merosz rész, megosztás), kinetochore, a kromoszóma olyan szakasza, amely a sejt különböző pólusaira való mozgását szabályozza mitózis vagy meiózis során; a kromoszómaszálakhoz való kapcsolódás helye ... Biológiai enciklopédikus szótár

centromer- Korlátozott terület a kromoszómában, beleértve az orsó csatlakozási helyét mitózis vagy meiózis során Biotechnológiai témák EN centromer … Műszaki fordítói kézikönyv

Centromere- * centromer * centromer vagy kinetochore az eukarióta kromoszóma egy konzervatív régiója, amelyhez orsószálak (lásd) kapcsolódnak a mitózis során (lásd). A C.-t alkotó DNS három doménből (elemből) áll: CDE I, CDE II és CDE III. CDE I és... Genetika. enciklopédikus szótár

- (a középpontból és a görög méros részből) (kinetochore), a kromoszóma két szálát (kromatidát) összetartó szakasza. Az osztódás során a centromerek a kromoszómák mozgását a sejt pólusai felé irányítják. * * * CENTROMÉTER CENTROMÉTER (középről (lásd IRÁNYGAZDA) és ... enciklopédikus szótár

Centromere centromer. A monocentrikus kromoszóma olyan szakasza, amelyben testvérkromatidák kapcsolódnak egymáshoz, és amelynek régiójában orsószálak kapcsolódnak, biztosítva a kromoszómák mozgását az osztódás pólusaihoz; általában centromerikus területek ...... Molekuláris biológia és genetika. Szótár.

centromer- centromera statusas T sritis augalininkystė apibrėžtis Pirminė chromosomos persmauga, prie kurios prisitvirtina achromatinės verpstės siūlai. atitikmenys: engl. centromer; kinetochore rus. kinetochore; centromer... Žemės ūkio növények selekciós és növényininkystės terminų žodynas

2007. 9. szám

© Vershinin A.V.

A kromoszómák centomerjei és telomerjei

A.V. Vershinin

Alekszandr Vasziljevics Versinin, a biológiai tudományok doktora, tudományos főmunkatárs Citológiai és Genetikai Intézet SB RAS.

Mik azok a kromoszómák, ma szinte mindenki tudja. Ezek a nukleáris organellumok, amelyekben minden gén lokalizálódik, egy adott faj kariotípusát alkotják. Mikroszkóp alatt a kromoszómák egységes, hosszúkás, sötét rúd alakú struktúráknak tűnnek, és a látott kép valószínűleg nem tűnik érdekes látványnak. Ráadásul a Földön élő nagyon sok élőlény kromoszómáinak preparátuma csak e rudak számában és alakjuk módosulásában tér el. Van azonban két olyan tulajdonság, amely minden faj kromoszómájában közös. Az első egy kötelező kompresszió (vagy szűkület) jelenléte, amely vagy a kromoszóma közepén, vagy a kromoszóma egyik végére tolódik el, az úgynevezett „centromer”. A második a kromoszóma mindkét végén egy speciális szerkezet - telomerek jelenléte (1. ábra). A kromoszómák karjai mentén elhelyezkedő különféle gének (a kromoszóma egyes részei a centromerától a fizikai végéig) a szabályozó DNS-szekvenciákkal együtt számos funkció ellátásáért felelősek. Ez biztosítja az egyes kromoszómák minden karjában kódolt genetikai információ egyediségét.

A centromer és telomer régiók különleges helyet foglalnak el, mert rendkívül fontos, de ugyanazokat a funkciókat látják el minden eukarióta faj kromoszómájában. Számos tanulmány még nem adott egyértelmű választ arra a kérdésre, hogy mely molekuláris struktúrák felelősek e funkciók ellátásáért, és hogyan látják el azokat, de az elmúlt években nyilvánvaló előrelépés történt ebben az irányban.

A centromerek és telomerek molekuláris szerkezetének tisztázása előtt úgy gondolták, hogy funkciójukat univerzális és egyben ezekre a régiókra specifikus DNS-szekvenciákkal kell meghatározni (kódolni). Az elsődleges nukleotidszekvencia közvetlen meghatározását (DNS-szekvenálás) azonban bonyolította az a tény, hogy ezek a régiók általában együtt léteznek a kromoszómákban az ismétlődő DNS-szekvenciák nagy koncentrációjú régióival. Mit tudunk ma a kromoszómák e funkcionálisan fontos régióiról?

Centromerek

A múlt század közepére számos citológiai vizsgálat kimutatta a centroméra döntő szerepét a kromoszómák morfológiájában. Később kiderült, hogy a centromer a kinetochore-val (főleg fehérjékből álló szerkezet) együtt felelős a kromoszómák leánysejtekké történő helyes divergenciájáért a sejtosztódás során. A centromer irányító szerepe ebben a folyamatban nyilvánvaló: végül is ehhez kapcsolódik az osztódási orsó, amely a sejtközpontokkal (pólusokkal) együtt alkotja a sejtosztódás apparátusát. Az orsószálak összehúzódása miatt a kromoszómák osztódáskor a sejt pólusaira költöznek.

Általában a sejtosztódás (mitózis) öt szakaszát írják le. Az egyszerűség kedvéért az osztódó sejt kromoszómáinak viselkedésének három fő szakaszára összpontosítunk (2. ábra). Az első szakaszban a kromoszómák fokozatos lineáris összehúzódása és megvastagodása következik be, majd kialakul egy sejtosztódási orsó, amely mikrotubulusokból áll. A másodikon a kromoszómák fokozatosan a mag közepe felé mozognak, és az egyenlítő mentén sorakoznak, valószínűleg azért, hogy megkönnyítsék a mikrotubulusok kapcsolódását a centromerekhez. Ebben az esetben a nukleáris burok eltűnik. Az utolsó szakaszban a kromoszómák felei - a kromatidák - eltérnek egymástól. Úgy tűnik, hogy a centromerekhez kapcsolódó mikrotubulusok, mint egy vontató, a kromatidákat a sejt pólusaihoz húzzák. A divergencia pillanatától kezdve a korábbi testvérkromatidákat leánykromoszómáknak nevezik. Elérik az orsó pólusait, és párhuzamosan összeérnek. A nukleáris burok kialakul.

Rizs. 2. A mitózis fő szakaszai.
Balról jobbra: kromoszómák tömörítése, hasadási orsó kialakulása; a kromoszómák elrendezése a sejt egyenlítője mentén,
az orsó rögzítése a centromerekhez; a kromatidák mozgása a sejt pólusai felé.

Gondos megfigyeléssel látható, hogy az egyes kromoszómák sejtosztódási folyamatában a centromer állandó helyzetben van. Szoros dinamikus kapcsolatot tart fenn a sejtközponttal (pólussal). A Centromer osztódás minden kromoszómában egyidejűleg megy végbe.

Az elmúlt években kifejlesztett szekvenálási módszerek lehetővé tették az emberi centromerek, gyümölcslegyek kiterjesztett szakaszainak DNS-ének elsődleges szerkezetének meghatározását. Drosophilaés növények Arabidopsis. Kiderült, hogy mind az emberek, mind a növények kromoszómáiban a centromer aktivitás a DNS egymáshoz közeli (170-180 nukleotidpár, bp) tandemszerűen szerveződő ismétlődéseinek (monomereinek) blokkjához kapcsolódik. Az ilyen régiókat szatellit DNS-nek nevezik. Sok fajban, beleértve az egymástól evolúciósan távol eső fajokat is, a monomerek mérete közel azonos: különböző típusú majmok - 171 bp, kukorica - 180 bp, rizs - 168 bp, Chironomus rovar - 155 bp. Talán ez tükrözi a centromer funkcióhoz szükséges általános követelményeket.

Annak ellenére, hogy a humán és az Arabidopsis centromerek harmadlagos szerkezete azonos módon szerveződik, a monomereikben lévő primer nukleotidszekvenciák (illetve a nukleotidok sorrendje) teljesen eltérőnek bizonyultak (3. ábra). Ez meglepő a kromoszóma egy olyan régiójában, amely ilyen fontos és sokoldalú funkciót lát el. A Drosophila centromerek molekuláris szerveződésének elemzése során azonban egy bizonyos szerkezeti mintázatot találtak, nevezetesen a monomerek megközelítőleg azonos méretű szakaszainak jelenlétét. Így Drosophilában az X-kromoszóma centroméra főként kétféle nagyon rövid egyszerű ismétlődésből áll (AATAT és AAGAG), amelyeket retrotranszpozonok (mobil DNS-elemek) és összetettebb DNS „szigetei” szakítanak meg. Mindezek az elemek megtalálhatók a Drosophila genomjában és a centromereken kívül, azonban az egyes centromerekre jellemző DNS-szekvenciák nem voltak megtalálhatók bennük. Ez azt jelenti, hogy a centromer DNS-szekvenciák önmagukban nem elegendőek, és nem szükségesek a centromer kialakulásához.

Rizs. 3. DNS szerkezete emberi és növényi centromerekben.

A téglalapok tandem szerveződő monomereknek felelnek meg, amelyek belsejében azonos nukleotidszekvenciával (a DNS elsődleges szerkezete) találhatók. A különböző fajokban a DNS-monomerek elsődleges szerkezete eltérő, a másodlagos egy hélix. A monomerek sorrendje a DNS magasabb szintű szerkezeti szerveződését tükrözi.

A kromatin centromer szerkezetének funkcionális szerepét megerősíti az egyes biológiai fajokra jellemző H3 hiszton variánsok jelenléte a centromer kromatinban: emberben CENP-A-nak, növényekben CENH3-nak nevezik. A kinetokorban jelenlévő számos fehérje közül csak kettő, a CENH3 és a centromer protein C (CENP-C) kötődik közvetlenül a DNS-hez. Valószínűleg a CENH3, amely kölcsönhatásba lép más hisztonokkal (H2A, H2B és H4), képezi és határozza meg a centromerre specifikus nukleoszómák típusát. Az ilyen nukleoszómák egyfajta horgonyként szolgálhatnak a kinetochore kialakulásához. A különböző fajok centromereiben található hiszton H3 variánsok hasonlóak a kanonikus H3 hiszton molekulához a más hisztonfehérjékkel (H2A, H2B, H4) való kölcsönhatás helyén. Azonban a H3 centromer hiszton helye, amely kölcsönhatásba lép a DNS-molekulával, láthatóan a szelekció hajtóereje alatt áll. Amint már tárgyaltuk, a centromer DNS elsődleges szerkezete fajonként eltérő, és felvetették, hogy a centromer hiszton H3 együtt fejlődik a centromer DNS-sel, különösen a Drosophila és az Arabidopsis esetében.

A H3 centromer hiszton felfedezése olyan szélsőséges nézőpontot szült, amely szerint a centromer funkciót és a DNS elsődleges szerkezetétől való teljes függetlenségét a nukleoszomális szerveződés és ez a hiszton határozza meg. De vajon ezek a tényezők elegendőek-e a teljes centromer aktivitáshoz? Azoknak a modelleknek, amelyek figyelmen kívül hagyják az elsődleges DNS-struktúra szerepét, a centromer DNS-szerkezet változásainak véletlenszerű eloszlását kell feltételezniük a különböző populációkban, szelekció hiányában. Azonban a műhold DNS elemzése humán centromerekben és Arabidopsis konzervált régiókat, valamint az átlagosnál nagyobb variabilitással rendelkező régiókat tártak fel, jelezve a centromer DNS-re gyakorolt ​​szelekciós nyomást. Ezenkívül mesterséges centromereket csak a természetes centromerekből amplifikált humán a-szatellit ismétlődésekkel kaptunk, a kromoszómák pericentromer régióinak a-szatellitjeiből azonban nem.

Kevesebb alapvető nehézséget jelent azoknak a modelleknek a magyarázata, amelyekben a (nemzedékről nemzedékre konzervált) centromer helyzetének és funkcióinak meghatározásában a döntő tényező a DNS harmadlagos (vagy még magasabb rendű) szerkezete. Konzervativizmusa nagy eltéréseket tesz lehetővé a nukleotidszekvenciában, és nem zárja ki az elsődleges szerkezet finomhangolását.

Az elmúlt években nyilvánvalóvá vált, hogy nem léteznek olyan univerzális DNS-szekvenciák, amelyek közvetlenül meghatároznák a centromerek és telomerek funkcióit. A kromoszómák ezen régióiban a DNS platformként szolgál komplex, többkomponensű DNS-fehérje komplexek összeállításához, amelyek biztosítják e funkciók ellátását. Ezen komplexumok egymást kiegészítő felépítéséről és összehangolt működéséről bővebben áttekintésünkben olvashat. A centromerekre és telomerekre jellemző komponensek mellett ezek a komplexek olyanokat is tartalmaznak, amelyek több, esetenként ellentétes funkció ellátásában vesznek részt. Például a Ku70/80 heterodimer a telomerek része, és a telomerhossz pozitív szabályozójaként működik élesztőben és negatív szabályozóként az Arabidopsisban. Ugyanakkor ez a fehérje részt vesz a kromoszómatörések felismerésében és helyreállításában. Kétségtelenül az egyik legaktuálisabb kutatási terület a centromerek és telomerek aktivitását biztosító különböző molekuláris komplexek szabályozási mechanizmusainak molekuláris természetének azonosítása.

A munkát az Orosz Alapkutatási Alapítvány (04-04-48813 projekt), az INTAS (03-51-5908) támogatta.
valamint az SB RAS Integrációs Projektek Programja (45/2. sz. projekt).

Irodalom

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

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

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

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

5. Muller H.J. További tanulmányok a génmutációk természetéről és okairól, Proc. Sixth Int. Congr. Közönséges petymeg. 1932.V.1. P.213-255.

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

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