Центромерите са хромозомни структури, отговорни за посоката на движение на хромозомите по време на митоза. Функциите на центромерите включват адхезия на сестрински хроматиди, образуване на кинетохори, сдвояване на хомоложни хромозоми и участие в контрола на генетичната експресия. При повечето еукариоти центромерите не съдържат специфична ДНК последователност. Те обикновено съдържат повторения (например сателитна ДНК), които са подобни, но не идентични. При нематодата Caenorhabditis elegans и някои растения хромозомите са холоцентрични, т.е. образуването на кинетохор не е локализирано в определена област, а се среща дифузно по цялата дължина на хромозомата.
Дрожди центромери
Центромер SpС дължина 35-110 kb (колкото по-дълга е хромозомата, толкова по-малка е центромерата) и се състои от два домена - централната област на кората и външната област на повторенията (otr), представена от хетерохроматин (фиг. 1). Централната област на кората се състои от област от неповтаряща се ДНК (cnt) и зона на обърната
повтаря (imt) по ръбовете на cnt. В централната кора нормалният хистон H3 е заменен от неговия аналог (CENP-A в Sc) и кинетохорът се сглобява на това място. Маркерните гени, вмъкнати в центромерната последователност, стават транскрипционно неактивни. Тяхното мълчание зависи от позицията, например при външни повторения е по-силно, а в централния регион е по-слабо изразено. Протеините Mis6, Mis12, Mal2 и Sim4 се свързват с централната област на центромера. Централният регион се усвоява частично от микрококова нуклеаза, което показва специална организация на хроматина и тази организация не зависи от ДНК (ДНК, прехвърлена към Sp или към други части на хромозомата, не запазва такава организация). Външните повторения са опаковани в нуклеозоми с деацетилирани хистони (използвайки Clr3, Clr6 и Sir2 деацетилази). Метилтрансфераза Clr4 диметилира H3K9, върху който сядат Swi6 (аналог на HP1) и Chp1. Така върху центромера се образува хетерохроматин
(виж преглед Хетерохроматин). Swi6 е отговорен за свързването на кохезини към областта на външните повторения. otr се състои от dg и dh повторения, разделени от други повторения. Вътрешните и външни повторения съдържат клъстери от tRNA гени. Установено е, че dg повторенията имат основна роля в установяването на центромерна активност.
ДНК на централната област на ядрото е богата на AT и се състои от три региона cnt1, cnt3 са 99% хомоложни, разположени по ръбовете на cnt2, което е 48% хомоложно с тях. Левият и десният imr са обърнати и уникални за всеки центромер.
Ориз. един
Всички 16 центромери Scса дълги 90 bp и съдържат три елемента: CDEI, CDEII и CDEIII (фиг. 2). CDEII е богат на AT неконсервиран 78-90 bp спейсер, който разделя CDEI и CDEIII. CDEI е с дължина 8 bp. Тази област не е от съществено значение за центромерната активност, но нейното изтриване увеличава вероятността от неподреждане на хромозомите по време на митоза. CDEII - 78-90 bp, съдържа ~ 90% AT-двойки. Делециите в тази област прекъсват образуването на центромери, без да нарушават хромозомната дивергенция. CDEIII - пн 26 съдържа несъвършени палиндроми. Едно нуклеотидно заместване в този регион напълно прекъсва центромерната активност.
Ориз. 2
Ориз. 3 Последователности на центромерната ДНК на хромозомите Sc
Човешки центромери
Човешкият центромер е 1-4 Mp регион на богат на AT a-сателит с дължина ~ 171 bp ( алфоид). Има и други сателити. В рамките на повторенията се установява място на образуване на центромер, наречен неоцентомер. Първичната ДНК последователност в установения неоцентромер е без значение. Не всички a-сателити стават центромери, въпреки наличието на два локуса, богати на a-сателит, само един от тях става активен центромер. Интактната ДНК, съдържаща алфоид и поставена в ядрото, не образува активен центромер; следователно основният механизъм за образуване на активен центромер остава неясен.
До средата на миналия век многобройни цитологични изследвания показват решаващата роля на центромера в морфологията на хромозомите. По-късно беше установено, че центромерът, заедно с кинетохора (структура, състояща се главно от протеини), е отговорен за правилното разделяне на хромозомите в дъщерни клетки по време на клетъчното делене. Ръководната роля на центромера в този процес е очевидна: в края на краищата, към него е прикрепено вретено на деленето, което заедно с клетъчните центрове (полюси) съставлява апарата за клетъчно делене. Поради свиването на нишките на вретеното, хромозомите се придвижват по време на деленето към полюсите на клетката.
Обикновено се описват пет етапа на клетъчно делене (митоза). За простота ще се съсредоточим върху три основни етапа в поведението на хромозомите на делящата се клетка (фиг. 2). На първия етап има постепенно линейно компресиране и удебеляване на хромозомите, след което се образува вретено за клетъчно делене, състоящо се от микротубули. Във втория, хромозомите постепенно се придвижват към центъра на ядрото и се подреждат по екватора, вероятно за улесняване на прикрепването на микротубулите към центромерите. В този случай ядрената обвивка изчезва. На последния етап половините на хромозомите - хроматидите - се разминават. Изглежда, че микротубулите, прикрепени към центромерите като дърпане, изтеглят хроматидите към полюсите на клетката. От момента на дивергенцията бившите сестрински хроматиди се наричат дъщерни хромозоми. Те достигат до полюсите на шпиндела и се събират успоредно. Образува се ядрена обвивка.
Ориз. 2. Основните етапи на митоза.
От ляво на дясно:уплътняване на хромозоми, образуване на вретено на делене; подреждане на хромозомите по екватора на клетката,
прикрепване на вретено на делене към центромерите; движение на хроматидите към полюсите на клетката.
При внимателно наблюдение можете да видите, че в процеса на делене на клетките във всяка хромозома центромерът е в постоянно положение. Той поддържа тясна динамична връзка с клетъчния център (полюс). Разделянето на центромерите се извършва едновременно във всички хромозоми.
Методите за секвениране, разработени през последните години, позволиха да се определи първичната структура на ДНК на разширени участъци от човешки центромери, плодова муха дрозофилаи растения Арабидопсис... Оказа се, че в хромозомите както на хората, така и на растенията, центромерната активност е свързана с блок от тандемно организирани ДНК повторения (мономери), близки по размер (170-180 нуклеотидни двойки, np). Такива области се наричат сателитна ДНК. При много видове, включително тези, които са еволюционно отдалечени един от друг, размерът на мономерите е почти еднакъв: различни видове маймуни - 171 bp, царевица - 180 bp, ориз - 168 bp, насекомо chironomus - 155 bp. Това може да отразява общите изисквания за центромерната функция.
Въпреки факта, че третичната структура на центромерите на човека и Arabidopsis е организирана по един и същи начин, първичните нуклеотидни последователности (или нуклеотиден ред) в техните мономери се оказват напълно различни (фиг. 3). Това е изненадващо за област от хромозомата, която изпълнява толкова важна и универсална функция. Въпреки това, когато се анализира молекулярната организация на центромерите в Drosophila, беше открита определена структурна закономерност, а именно наличието на области от мономери с приблизително еднакъв размер. По този начин при Drosophila центромерът на X хромозомата се състои главно от два типа много къси прости повторения (AATAT и AAGAG), прекъснати от ретротранспозони (подвижни ДНК елементи) и „острови“ от по-сложна ДНК. Всички тези елементи са открити в генома на Drosophila и извън центромерите, но в тях не са открити ДНК последователности, характерни за всеки центромер. Това означава, че центромерните ДНК последователности сами по себе си са недостатъчни и ненужни за образуването на центромер.
Ориз. 3. Структурата на ДНК в центромерите на хората и растенията.
Правоъгълниците съответстват на тандемно организирани мономери с идентична нуклеотидна последователност вътре (първична ДНК структура). При различните видове първичната структура на ДНК мономерите е различна, а вторичната е спирала. Последователността на мономерите отразява структурната организация на ДНК на по-високо ниво.
Това предположение се потвърждава от проявата на центромерна активност извън нормалните центромери. Такива нецентромери се държат като обикновени центромери: образуват цитологично различима стеснение и образуват кинетохор, който свързва протеините. Въпреки това, ДНК анализът на два човешки нецентромера и общ центромер не разкрива общи последователности, което предполага възможна роля за други структурни компоненти на хромозомата. Те могат да бъдат хистонови и нехистонови протеини, които се свързват с ДНК, образувайки нуклеозомната структура на хроматина.
Функционалната роля на центромерната структура на хроматина се потвърждава от наличието на хистон H3 варианти, специфични за всеки биологичен вид в центромерния хроматин: при хората те се наричат CENP-A, при растенията - CENH3. Сред многото протеини, присъстващи в кинетохора, само два, CENH3 и центромерния протеин С (CENP-C), се свързват директно с ДНК. Може би именно CENH3, взаимодействащ с други хистони (H2A, H2B и H4), образува и определя специфичния за центромера тип нуклеозома. Такива нуклеозоми могат да служат като един вид котви за образуването на кинетохор. Вариантите на хистон H3 в центромери на различни видове са подобни на каноничната молекула на хистон H3 в области на взаимодействие с други хистонови протеини (H2A, H2B, H4). Въпреки това, участъкът на центромерния хистон Н3, взаимодействащ с молекулата на ДНК, очевидно е под влияние на селекция. Както вече беше споменато, първичната структура на центромерната ДНК се различава при различните видове и се предполага, че центромерният хистон H3 еволюира съвместно с центромерната ДНК, по-специално в Drosophila и Arabidopsis.
Откриването на центромерния хистон H3 доведе до крайната гледна точка, според която центромерната функция и нейната пълна независимост от първичната структура на ДНК се определя от нуклеозомната организация и този хистон. Но дали тези фактори са достатъчни, за да може центромерът да бъде напълно активен? Моделите, които игнорират ролята на първичната структура на ДНК, трябва да приемат произволно разпределение на промените в структурата на центромерната ДНК в различни популации при липса на селекция. Въпреки това, анализът на сателитна ДНК в човешки центромери и Арабидопсисидентифицирани запазени региони, както и региони с по-висока от средната вариабилност, което показва натиск за селекция върху центромерната ДНК. В допълнение, изкуствени центромери са получени само с човешки a-сателитни повторения, амплифицирани от естествени центромери, но не и от a-сателити на перицентромерни области на хромозоми.
Моделите, при които решаващият фактор при определянето на позицията на центромерата (запазена от поколение на поколение) и нейните функции са третичната (или дори по-висока) структура на ДНК, са по-малко фундаментални трудности за обяснение. Неговият консерватизъм позволява големи вариации в нуклеотидната последователност и не изключва фина настройка на първичната структура.
Хеникоф и колегите му предложиха модел, описващ координираната еволюция на ДНК и протеините и водещ до появата на оптимално функциониращи центромери, използвайки примера за делене на женски зародишни клетки. Както знаете, в процеса на мейоза една родителска клетка чрез две последователни деления поражда четири дъщерни клетки. Впоследствие само една от тях се превръща в зряла женска репродуктивна клетка (гамета), която предава генетична информация на следващото поколение, докато останалите три клетки умират. Според този модел, в хода на еволюцията, поради мутации и други механизми, центромери с по-дълги вериги на сателитни ДНК мономери или с първична нуклеотидна структура, които са по-благоприятни за свързване и координирана работа със специфични форми на CENH3 и CENP-C хистони могат да се появят в хромозомите. Освен това при някои организми (Arabidopsis, Drosophila) са получени доказателства за положително селекционно налягане за CENH3, докато за други видове (житни, бозайници) за CENP-C (фиг. 4, а). В резултат на това такива центромери с подобрен кинетохор стават „по-силни“ и могат да прикрепят по-голям брой микротубули на делящо се шпиндел (фиг. 4, б). Ако в гаметите има повече такива „силни“ центромери, тогава възниква процес на мейотично задвижване, което увеличава броя на тези центромери и в популацията се фиксира нов вариант.
Ориз. 4. Модел, обясняващ еволюцията на центромерите.
По-горе центромерите (сиви овали) съдържат специализиран набор от протеини (кинетохори), включително CENH3 (H) и CENP-C (C) хистони, които от своя страна взаимодействат с микротубулите на шпиндела (червени линии). В различни таксони един от тези протеини се развива адаптивно и в съответствие с дивергенцията на първичната структура на ДНК на центромера.
По-долу - промените в първичната структура или организацията на центромерната ДНК (тъмносив овал) могат да създадат по-силни центромери, което се изразява в по-голям брой прикрепени микротубули.
Сравнителната геномика помага да се разберат механизмите на образуване и активност на центромерните области на хромозомите. Уникален пример за разнообразната структура на центромерите е хромозома 8 в генома на ориза. В него наред със сателитния ДНК повтор и ретротранспозони са открити активно транскрибирани гени; 48 от тях имат последователности с висока хомология с известни протеини. Тези открития опровергават мнението, че няма активно работещи гени в центромерите въз основа на изследването на човешки центромери, Drosophila и Arabidopsis.
Ако молекулярната структура на центромерите на различни еукариотни видове съдържа някои универсални характеристики (организация на ДНК под формата на тандем, относително къси мономери и хроматинови протеини, специфични за тези локуси), тогава е трудно да се разкрият някакви закономерности в размерите на тези региони . И така, в мая Saccharomyces cerevisiaeза минимална функционална центромера се взема ДНК област от 125 np, а в дрожди Schizosaccharomyces pombeтой е много по-сложен и по-дълъг (от 40 до 120 хиляди np), има няколко нива на организация. При хората основният компонент на хромозомните центромери - а-сателитна ДНК - образува дълги нишки от тандемно организирани мономери (от 250 хиляди до 4 милиона bp). Сред 12 оризови хромозоми на хромозома 8, дължината на веригата със сателита CentO е най-малката (~ 64 хиляди bp); той определя позицията на центромера и неговия приблизителен размер от 2 милиона np. Успяхме да получим пълната ДНК последователност на тази центромерна област и в нея да определим областта (~ 750 kbp), където кинетохорът се образува директно. Основният клъстер CentO се намира в тази област.
Удивителната пластичност на центромерите, по-специално на активно работещите гени, открити в центромера на оризова хромозома 8, предполага липсата на строга граница между центромерата и останалата част от хромозомата и дори възможността за дисперсна структура на центромерния хромозом. Въпреки това, наскоро публикуваните данни за наличието на хроматинова бариера между самата центромера и перицентромерния хетерохроматин в дрождите говорят срещу съществуването на няколко клъстера в областта на хромозомното свиване. Schizosaccharomyces pombe... Бариерата е генът на аланин tRNA. Изтриването или модификацията на бариерната последователност води до освобождаване на перицентромерния хетерохроматин извън обичайните му граници. Освен това липсата на бариера причинява анормално разделяне на хромозомите в мейозата. Разбира се, трябва да се помни, че тези интересни резултати засега засягат само един вид дрожди.
В зависимост от функционалното и физиологичното състояние, клетката може да се дели по различни начини. Методи на разделяне соматични клетки: митоза, амитоза или ендомитоза. Полови клеткисподеляне чрез мейоза.
митоза - непряко клетъчно делене, придружено от спирализиране на хромозомите. В митозата се разграничават няколко фази:
I Профаза (от гръцки "pro" - към, "phases" - външен вид). Настъпва спирализиране и скъсяване на хромозомите. Ядрото и ядрената обвивка изчезват, центриолите се разминават към полюсите на клетката и се образува вретено на делене. Хромозомите са съставени от две хроматиди, свързани с центромер. Профазата е най-дългата фаза на митозата. Наборът от генетичен материал е 2n 4c.
II Метафаза (от гръцки "мета" - среден). Хромозомите, състоящи се от две хроматиди, се подреждат в екваториалната равнина на клетката. Нишките на шпиндела са прикрепени към центромерите. В шпиндела на деленето се разграничават два вида нишки: 1) хромозомни, свързани с първичните стеснения на хромозомите, 2) центрозомни, свързващи полюсите на деленето. Наборът от генетичен материал в този момент е 2n 4c.
III Анафаза (от гръцки "ана" - нагоре). Най-кратката фаза на деление. Хромозомните центромери се разделят, хроматидите (дъщерните хромозоми) стават независими. Вретеновидните нишки, прикрепени към центромерите, изтеглят дъщерните хромозоми към полюсите на клетката. Наборът от генетичен материал е 2n 2c.
IV телофаза. Хромозомите, състоящи се от една хроматида, са разположени на полюсите на клетката. Хромозомите се деспирализират (развиват се). На всеки полюс около хромозомите се образуват ядрена обвивка и нуклеоли. Нишките на шпиндела се разпадат. Цитоплазмата на клетката е разделена (цитокинеза = цитотомия). Образуват се две дъщерни клетки. Наборът от генетичен материал на дъщерните клетки е 2n 2c.
Разделянето на цитоплазмата чрез свиване в различни клетки става по различни начини. В животинските клетки инвагинацията на цитоплазмената мембрана навътре по време на клетъчното делене се случва от краищата към центъра. В растителните клетки в центъра се образува преграда, която след това се увеличава към клетъчните стени.
Биологичното значение на митозата.В резултат на митозата генетичният материал се разпределя точно между двете дъщерни клетки. Дъщерните клетки получават същия набор от хромозоми, който е имала майката - диплоидна. Митозата поддържа постоянството на броя на хромозомите в редица поколения и служи като клетъчен механизъм за растеж, развитие на организма, регенерация и безполово размножаване. Митозата е основата за безполово размножаване на организмите. Броят на дъщерните клетки, образувани по време на митоза, е 2.
Амитоза(от гръцки. "a" - отрицание, "mitos" - нишка) - директно делене на клетката, при което ядрото е в интерфазно състояние. Хромозомите не се откриват. Делението започва с промени в нуклеолите. Големите нуклеоли са разделени чрез стеснение. След това ядрото се разделя. Ядрото може да бъде разделено само с едно стеснение или фрагментирано. Получените дъщерни ядра могат да бъдат с неравен размер.
Че. амитозата води до появата на две клетки с различни по големина и брой ядра. Често след амитоза не се образуват две клетки, т.е. след деления на ядрото, разделяне на цитоплазмата (цитокинеза) не настъпва. 2 и се образуват многоядрени клетки. Амитоза се появява в умиращи, дегенериращи соматични клетки.
Ендомитоза- процес, при който удвояването на хромозомите в клетката не е придружено от ядрено делене. В резултат на това броят на хромозомите се умножава в клетката, понякога десетки пъти в сравнение с първоначалния брой. Ендомитозата възниква в интензивно функциониращи клетки.
Понякога възпроизвеждането на хромозоми става без увеличаване на броя им в клетката. Всяка хромозома се дублира много пъти, но дъщерните хромозоми остават свързани помежду си (феноменът политения). В резултат на това се образуват гигантски хромозоми.
Мейоза - специална форма на клетъчно делене, при която дъщерните хаплоидни се образуват от диплоидни майчини зародишни клетки. Сливането на мъжки и женски хаплоидни зародишни клетки по време на оплождането води до появата на зигота с диплоиден набор от хромозоми. В резултат на това дъщерният организъм, развиващ се от зиготата, има същия диплоиден кариотип, който е имал майчиният организъм.
Мейозата включва две последователни деления.
I мейотично деление се нарича редукция. Включва 4 етапа.
Профаза I.Най-дългият етап. Условно се разделя на 5 етапа.
1) Лептотен. Ядрото е разширено. Започва спирализацията на хромозомите, всяка от които се състои от две хроматиди.
2) Зиготена. Настъпва конюгиране на хомоложни хромозоми. Хромозомите, които имат еднаква форма и размер, се наричат хомоложни. Хромозомите се привличат и прикрепват една към друга по цялата си дължина.
3) Пакитена. Сближаването на хромозомите завършва. Удвоените хромозоми се наричат биваленти. Те се състоят от 4 хроматиди. Броят на бивалентите = хаплоиден набор от клетъчни хромозоми. Спирализацията на хромозомите продължава. Тесният контакт между хроматидите дава възможност за обмен на идентични региони в хомоложни хромозоми. Това явление се нарича кръстосване (кръстосване на хромозоми).
4) Диплотена. Възникват силите на отблъскване на хромозомите. Хромозомите, които съставляват бивалентите, започват да се отдалечават. В същото време те остават свързани помежду си в няколко точки - хиазми. Пресичане може да се случи на тези места. Настъпва по-нататъшна спирализация и скъсяване на хромозомите.
5) Диакинеза. Отблъскването на хромозомите продължава, но те остават свързани в биваленти в краищата си. Ядрото и ядрената обвивка се разтварят, филаментите на вретеното на деленето се разминават към полюсите. Наборът от генетичен материал е 2n 4c.
Метафаза I.Двувалентните хромозоми са разположени по екватора на клетката, образувайки метафазна плоча. Към тях са прикрепени нишки на шпиндела. Наборът от генетичен материал е 2n 4c.
Анафаза I.Хромозомите се разминават към полюсите на клетката. Само една от двойка хомоложни хромозоми достига до полюсите. Наборът от генетичен материал е 1n 2c.
Телофаза I.Броят на хромозомите на всеки полюс на клетката става хаплоиден. Хромозомите са съставени от две хроматиди. На всеки полюс се образува ядрена обвивка около група хромозоми, хромозомите се деспирализират и ядрото става интерфаза. Наборът от генетичен материал е 1n 2c.
След телофаза I цитокинезата започва в животинската клетка, а клетъчната стена започва да се образува в растителната клетка.
Интерфаза IIсе намира само в животинските клетки. В същото време няма дублиране на ДНК.
II мейотично деление се нарича equactional. Това е като митоза. Разликата от митозата е, че хромозомите, състоящи се от една хроматида, се образуват от хромозоми с две хроматиди. Мейотичното деление II се различава от митозата и по това, че по време на деленето в клетката се образуват две групи хромозоми и съответно две вретена на делене. Наборът от генетичен материал в профаза II - 1n 2с, започвайки от метафаза II - 1n 1с.
Биологичното значение на мейозата.Това води до намаляване на броя на хромозомите наполовина, което определя постоянството на видовете на Земята. Ако броят на хромозомите не намалява, тогава във всяко следващо поколение ще има удвояване на хромозомите. Осигурява хетерогенност на гаметите в генетичния състав (в профаза може да настъпи кръстосване, в метафаза - свободна рекомбинация на хромозоми). Случайна среща на зародишни клетки (= гамети) - сперматозоид и яйцеклетка с различен набор от гени, причинява комбинирана вариабилност. Гените на родителите се комбинират по време на оплождането, така че децата им могат да развият признаци, които родителите не са имали. Броят на образуваните клетки е 4.
Те са двуверижни, репликирани хромозоми, които се образуват по време на деленето. Основната функция на центромера е да служи като точка на закрепване на влакната на разделящото вретено. Вретено удължава клетките и разделя хромозомите, за да гарантира, че всяка нова получава правилния брой хромозоми, когато е завършена или.
ДНК в центромерната област на хромозомата е съставена от плътно опакован материал, известен като хетерохроматин, който е силно уплътнен и следователно не се транскрибира. Поради наличието на хетерохроматин, центромерната област е оцветена с багрила, по-тъмни от другите части на хромозомата.
Местоположение
Центромерата не винаги се намира в централната област на хромозомата (вижте снимката по-горе). Хромозомата се състои от късо рамо (p) и дълго рамо (q), които се съединяват в центромерната област. Центромерите могат да бъдат разположени както близо до средата, така и на няколко позиции по протежение на хромозомата. Метацентричните центромери са разположени близо до центъра на хромозомите. Субметацентричните центромери са изместени на една страна от центъра, така че едното рамо е по-дълго от другото. Акроцентричните центромери са разположени близо до края на хромозомата, а телоцентричните центромери са разположени в края или в теломерната област на хромозомата.
Позицията на центромера лесно се открива в човешкия кариотипа. Хромозома 1 е пример за метацентричен центромер, хромозома 5 е пример за субметацентричен центромер, а хромозома 13 е пример за акроцентричен центромер.
Дивергенция на хромозомите при митоза
Преди да започне митозата, клетката навлиза в етап, известен като интерфаза, където репликира своята ДНК в подготовка за клетъчно делене. Образуват се сестринства, които са свързани в центромерите си.
По време на профазата на митозата, специализирани зони върху центромери, наречени кинетохори, прикрепват хромозоми към фузиформни влакна. Кинетохорите са съставени от серия от протеинови комплекси, които генерират кинетохорни влакна, които се прикрепят към вретеното на деленето. Тези влакна помагат за манипулиране и разделяне на хромозомите по време на клетъчното делене.
На етапа на метафаза хромозомите се задържат върху метафазната плоча от еднакви сили на полярните влакна, притискащи центромерите.
По време на анафаза, сдвоените центромери във всяка отделна хромозома започват да се разминават един от друг, тъй като първо са центрирани спрямо противоположните полюси на клетката.
По време на телофазата новообразуваните включват отделни дъщерни хромозоми. След цитокинезата се образуват две различни.
Дивергенция на хромозомите в мейозата
При мейозата клетката преминава през два етапа от процеса на делене (мейоза I и мейоза II). По време на метафаза I, центромерите на хомоложните хромозоми са ориентирани към противоположните полюси на клетките. Това означава, че хомоложните хромозоми ще се прикрепят в своите центромерни области към влакната на делящото вретено, простиращи се само от един от двата полюса на клетката.
Когато влакната на вретеното се свиват по време на анафаза I, хомоложните хромозоми се изтеглят към противоположните полюси на клетките, но сестринските хроматиди остават заедно. При мейоза II вретеновидните влакна, простиращи се от двата полюса на клетките, се прикрепят към сестринските хроматиди в техните центромери. Сестринските хроматиди се разделят в анафаза II, когато влакната на вретеното ги дърпат към противоположните полюси. Мейозата води до разделяне и разпределение на хромозомите между четири нови дъщерни клетки. Всяка клетка съдържа само половината от броя на хромозомите на оригиналната клетка.
Центромерът е област от хромозома, характеризираща се със специфична нуклеотидна последователност и структура. Центромерата играе важна роля в процеса на клетъчно делене и в контрола на генната експресия (процесът, при който наследствената информация от ген се превръща във функционален продукт - РНК или протеин).
Центромерата участва в свързването на сестрински хроматиди, образуването на кинетохора (белтъчна структура на хромозомата, към която са прикрепени влакната на вретеното на деленето по време на клетъчното делене), конюгирането на хомоложни хромозоми и участва в контрола на генна експресия.
Именно в областта на центромера сестринските хроматиди са свързани в профазата и метафазата на митозата и хомоложните хромозоми в профазата и метафазата на първото деление на мейозата. Върху центромерите се образуват кинетохори: протеини, които се свързват с центромера, образуват точка на прикрепване за микротубулите на вретеното в анафазата и телофазата на митозата и мейозата.
Отклоненията от нормалното функциониране на центромера водят до проблеми във взаимното подреждане на хромозомите в разделящото се ядро и в резултат на това - до нарушения в процеса на хромозомна сегрегация (разпределението им между дъщерните клетки). Тези нарушения водят до анеуплоидия, която може да има сериозни последици (например синдром на Даун при хора, свързан с анеуплоидия (тризомия) на 21-ва хромозома). При повечето еукариоти центромерът няма специфична нуклеотидна последователност, съответстваща на нея. Обикновено се състои от голям брой повторения на ДНК (напр. сателитна ДНК), в които последователността в рамките на отделните повтарящи се елементи е подобна, но не идентична.
Дъщерните хромозоми образуват центромери на същите места като майчината хромозома, независимо от естеството на последователността, разположена в центромерната област.
38. Б- хромозоми
Хромозома, присъстваща в хромозомния набор, надвишаваща нормалния диплоиден брой хромозоми, присъства в кариотипа само при определени индивиди от популацията.; В хромозомите са известни в много растения и (малко по-рядко) при животните, броят им може да варира значително (от 1 до няколко десетки); често В хромозомите се състоят от хетерохроматин (но могат да съдържат - очевидно, вторично - и еухроматин) и са генетично пасивни, въпреки че могат да имат странични ефекти - например при насекоми наличието на В хромозоми често причинява повишена аберация на сперматозоидите; при клетъчно делене те могат да бъдат стабилни, но по-често нестабилни (понякога митотично стабилни, но нестабилни при мейоза, където по-често се образуват унивалентни); понякога В хромозомите са изохромозоми; механизмите на появата на В хромозоми са различни - фрагментация, хетерохроматинизация на допълнителни хромозоми след неправилна анафазна дивергенция и др. Предполага се, че В хромозомите постепенно се губят в соматичните клетки в резултат на нередовността на тяхното унаследяване.
39 - Политенни хромозоми
Гигантски интерфазни хромозоми, които възникват в някои видове специализирани клетки в резултат на два процеса: първо, множествена репликация на ДНК, която не е придружена от клетъчно делене, и второ, странично конюгиране на хроматиди. Клетките с политени хромозоми губят способността си да се делят, те се диференцират и активно секретират, тоест политенизацията на хромозомите е начин за увеличаване на броя на генните копия за синтеза на продукт. Политенни хромозоми могат да се наблюдават в Diptera, в растения в клетки, свързани с развитието на ембриона, Winfusoria по време на образуването на макронуклеуса. Политенните хромозоми се увеличават значително по размер, което ги прави по-лесни за наблюдение и което прави възможно изследването на активността на генното предупреждение през 30-те години на миналия век. Основната разлика от другите видове хромозоми е, че политените хромозоми са интерфазни, докато всички останали могат да се наблюдават само по време на митотично или мейотично клетъчно делене.
Класически пример са гигантските хромозоми в клетките на слюнчените жлези на ларвите на Drosophila melanogaster.Репликацията на ДНК в тези клетки не е придружена от клетъчно делене, което води до натрупване на новоизградени ДНК вериги. Тези нишки са плътно свързани помежду си по дължината си. Освен това в слюнчените жлези възниква соматичен синапсис на хомоложни хромозоми, тоест не само сестринските хроматиди се конюгират една с друга, но и хомоложните хромозоми от всяка двойка се конюгират една с друга. По този начин в клетките на слюнчените жлези може да се наблюдава хаплоидният брой хромозоми
40 - Хромозоми като четки за лампа
Хромозомите Lampbrush, открити за първи път от W. Flemming през 1882 г., са специална форма на хромозоми, които те придобиват в растящите ооцити (женски репродуктивни клетки) на повечето животни, с изключение на бозайниците. Това е гигантска форма на хромозоми, която възниква в мейотични женски клетки на етапа на диплотен профаза I при някои животни, по-специално при някои земноводни птици.
В растящите ооцити на всички животни, с изключение на бозайниците, по време на удължения стадий на диплотен профаза мейоза I, активната транскрипция на много ДНК последователности води до трансформация на хромозомите в хромозоми, оформени като четки за почистване на стъклото на керосиновите лампи (хромозоми като четки за лампа). Те са силно декондензирани полубиваленти, състоящи се от две сестрински хроматиди. Хромозомите от типа лампа четка могат да се наблюдават с помощта на светлинна микроскопия и може да се види, че те са организирани под формата на серия от хромомери (съдържат кондензиран хроматин) и сдвоени странични бримки, произлизащи от тях (съдържат транскрипционно активен хроматин).
Хромозоми от типа на земноводни и птици с лампа четка могат да бъдат изолирани от ядрото на ооцита с помощта на микрохирургични манипулации.
Тези хромозоми произвеждат огромни количества РНК, която се синтезира в страничните бримки. Благодарение на техния гигантски размер и ясно изразена организация на хромомерна верига, хромозомите тип лампа с четка са удобен модел за изследване на организацията на хромозомите, функционирането на генетичния апарат и регулирането на генната експресия по време на профазимейоза в продължение на много десетилетия. В допълнение, хромозомите от този тип се използват широко за картографиране на ДНК последователности с висока степен на разделителна способност, изучаване на феномена на транскрипция на протеин-декодиращи тандемни ДНК повторения, анализиране на разпределението на хиазми и др.
Зареждане ...