Sentromerer er kromosomstrukturer som er ansvarlige for retningen av kromosombevegelsen under mitose. Funksjonene til sentromerer inkluderer adhesjon av søsterkromatider, kinetokordannelse, sammenkobling av homologe kromosomer og involvering i kontrollen av genetisk uttrykk. I de fleste eukaryoter inneholder ikke sentromerer en spesifikk DNA-sekvens. De inneholder vanligvis gjentakelser (som satellitt-DNA) som er like, men ikke identiske. Hos nematoden Caenorhabditis elegans og enkelte planter er kromosomene holosentriske, dvs. kinetochoredannelse er ikke lokalisert til en bestemt region, men skjer diffust langs hele kromosomets lengde.
Gjærsentromerer
Sentromere Sp 35-110 kb lang (jo lengre kromosom, jo mindre sentromer) og består av to domener - den sentrale kjerneregionen og den ytre repetisjonsregionen (otr), representert ved heterokromatin (fig. 1). Den sentrale kjerneregionen består av en region med ikke-repeterende DNA (cnt) og en region med invertert DNA
gjentar (imt) langs kantene av cnt. I den sentrale kjerneregionen erstattes normal histon H3 med motstykket (CENP-A i Sc) og kinetochore settes sammen på dette stedet. Markørgener satt inn i den sentromere sekvensen blir transkripsjonelt inaktive. Stillingen deres avhenger av posisjonen, for eksempel på de ytre gjentakelsene er den sterkere, og i den sentrale regionen er den mindre uttalt. Proteinene Mis6, Mis12, Mal2 og Sim4 binder seg til den sentrale regionen av sentromeren. Den sentrale regionen er delvis fordøyd av mikrokokknuklease, noe som indikerer en spesiell organisering av kromatin, og denne organiseringen er ikke avhengig av DNA (DNA overført til Sp eller til andre deler av kromosomet beholder ikke slik organisering). De ytre repetisjonene er pakket inn i nukleosomer, med histoner deacetylert (av deacetylasene Clr3, Clr6 og Sir2). Metyltransferase Clr4 dimetylerer H3K9, som Swi6 (en analog av HP1) og Chp1 sitter på. Dermed dannes heterokromatin ved sentromeren
(se anmeldelse av Heterochromatin). Swi6 er ansvarlig for å feste kohesiner til den ytre repetisjonsregionen. otr består av dg og dh repetisjoner, atskilt med andre repetisjoner. Interne og eksterne repetisjoner inneholder klynger av tRNA-gener. Det er fastslått at dg-repetisjoner har en primær rolle i å etablere sentromerisk aktivitet.
DNAet til den sentrale kjerneregionen er AT-rik og består av tre seksjoner cnt1, cnt3 - 99% homolog, lokalisert langs linjene til cnt2, som er 48% homolog med dem. Venstre og høyre imr er invertert og unike for hver sentromer.
Ris. 1
Alle 16 sentromerer Sc er 90 bp lange og inneholder tre elementer: CDEI, CDEII og CDEIII (fig. 2). CDEII er en AT-rik, ikke-konservert spacer 78–90 bp lang som skiller CDEI og CDEIII. CDEI er 8 bp lang. Denne regionen er ikke avgjørende for sentromerisk aktivitet, men dens sletting øker sannsynligheten for feil kromosomsegregering under mitose. CDEII - 78-90 bp, inneholder ~90% AT-par. Slettinger i denne regionen avbryter sentromerdannelse uten å forstyrre kromosomsegregering. CDEIII - 26 bp inneholder ufullkomne palindromer. En enkelt nukleotidsubstitusjon i denne regionen avbryter fullstendig sentromerisk aktivitet.
Ris. 2
Ris. 3 Sekvenser av sentromert DNA av kromosomer Sc
Menneskelige sentromerer
Den menneskelige sentromeren er en 1-4 Mb region med AT-rik α-satellitt ~171 bp lang ( alfoid). Andre satellitter er også til stede. Innenfor repetisjonene etableres stedet for sentromerdannelse, kalt neosentromer. Den primære DNA-sekvensen i en etablert neosentromer er ikke viktig. Ikke alle α-satellitter blir en sentromer; til tross for tilstedeværelsen av to α-satellittrike loki, blir bare en av dem en aktiv sentromer. Intakt DNA som inneholder alfoiden og plassert i kjernen danner ikke en aktiv sentromer, så den primære mekanismen for dannelsen av en aktiv sentromer forblir uklar.
Ved midten av forrige århundre viste en rekke cytologiske studier den avgjørende rollen til sentromeren i morfologien til kromosomer. Det ble senere oppdaget at sentromeren, sammen med kinetochore (en struktur som hovedsakelig består av proteiner), er ansvarlig for riktig segregering av kromosomer til datterceller under celledeling. Sentromerens styrende rolle i denne prosessen er åpenbar: Det er tross alt til den at delingsspindelen er festet, som sammen med cellesentrene (polene) utgjør celledelingsapparatet. På grunn av sammentrekningen av spindelstrengene beveger kromosomene seg mot cellepolene under deling.
Fem stadier av celledeling (mitose) er vanligvis beskrevet. For enkelhets skyld vil vi fokusere på tre hovedstadier i oppførselen til kromosomene til en celle som deler seg (fig. 2). På det første stadiet oppstår gradvis lineær kompresjon og fortykkelse av kromosomer, deretter dannes en celledelingsspindel bestående av mikrotubuli. I den andre beveger kromosomene seg gradvis mot sentrum av kjernen og stiller seg opp langs ekvator, sannsynligvis for å lette festingen av mikrotubuli til sentromerene. I dette tilfellet forsvinner kjernemembranen. På det siste stadiet skilles halvpartene av kromosomene - kromatidene - seg. Det ser ut til at mikrotubuli festet til sentromerene, som en slepebåt, trekker kromatidene mot cellens poler. Fra divergensøyeblikket kalles de tidligere søsterkromatidene datterkromosomer. De når spindelpolene og kommer sammen i et parallelt mønster. Atomkonvolutten er dannet.
Ris. 2. Hovedstadiene av mitose.
Fra venstre til høyre: kromosomkomprimering, spindeldannelse; justering av kromosomer langs ekvator av cellen,
feste av spindelen til sentromerene; bevegelse av kromatider til cellens poler.
Med nøye observasjon kan man legge merke til at under prosessen med celledeling i hvert kromosom er sentromeren i en konstant posisjon. Den opprettholder en nær dynamisk forbindelse med cellesenteret (polen). Sentromerdeling skjer samtidig i alle kromosomer.
Sekvenseringsmetoder utviklet de siste årene har gjort det mulig å bestemme den primære DNA-strukturen til utvidede seksjoner av menneske- og fruktfluesentromerer Drosophila og planter Arabidopsis. Det viste seg at i kromosomene til både mennesker og planter er sentromerisk aktivitet assosiert med en blokk av tandemorganiserte DNA-repetisjoner (monomerer) som er like i størrelse (170-180 nukleotidpar, bp). Slike seksjoner kalles satellitt-DNA. I mange arter, inkludert de som er evolusjonært fjernt fra hverandre, er størrelsen på monomerene nesten den samme: forskjellige arter av aper - 171 np, mais - 180 np, ris - 168 np, chironomus insekt - 155 np. Dette kan reflektere generelle krav til sentromerisk funksjon.
Til tross for at den tertiære strukturen til humane og Arabidopsis-sentromerer er organisert på samme måte, viste de primære nukleotidsekvensene (eller nukleotidrekkefølgen) i deres monomerer seg å være helt forskjellige (fig. 3). Dette er overraskende for en region av kromosomet som utfører en så viktig og universell funksjon. Men når man analyserte den molekylære organiseringen av sentromerer i Drosophila, ble et visst strukturelt mønster oppdaget, nemlig tilstedeværelsen av deler av monomerer av omtrent samme størrelse. Således, i Drosophila, består sentromeren til X-kromosomet hovedsakelig av to typer svært korte enkle repetisjoner (AATAT og AAGAG), avbrutt av retrotransposoner (mobile DNA-elementer) og "øyer" av mer komplekst DNA. Alle disse elementene ble funnet i Drosophila-genomet og utenfor sentromerene, men DNA-sekvenser som er karakteristiske for hver sentromer ble ikke funnet i dem. Dette betyr at sentromere DNA-sekvenser i seg selv er utilstrekkelige og unødvendige for dannelsen av en sentromer.
Ris. 3. DNA-struktur i menneske- og plantesentromerer.
Rektangelene tilsvarer tandemorganiserte monomerer med identiske nukleotidsekvenser inni (primær DNA-struktur). Hos forskjellige arter varierer primærstrukturen til DNA-monomerer, og den sekundære strukturen er en helix. Sekvensen av monomerer gjenspeiler den strukturelle organiseringen på høyere nivå av DNA.
Denne antagelsen bekreftes også av manifestasjonen av sentromerisk aktivitet utenfor normale sentromerer. Slike neosentromerer oppfører seg som vanlige sentromerer: de danner en cytologisk forskjellig innsnevring og danner kinetokorer som binder proteiner. Imidlertid avslørte ikke DNA-analyse av to humane neosentromerer og en konvensjonell sentromer vanlige sekvenser, noe som indikerer den mulige rollen til andre strukturelle komponenter i kromosomet. De kan være histon- og ikke-histonproteiner som binder seg til DNA, og danner nukleosomstrukturen til kromatin.
Den funksjonelle rollen til den sentromeriske kromatinstrukturen bekreftes av tilstedeværelsen av histon H3-varianter spesifikke for hver biologisk art i sentromerisk kromatin: hos mennesker kalles de CENP-A, i planter - CENH3. Blant de mange proteinene som er tilstede i kinetochore, binder bare to, CENH3 og sentromerisk protein C (CENP-C), direkte til DNA. Kanskje er det CENH3, som interagerer med andre histoner (H2A, H2B og H4), som danner og bestemmer typen nukleosomer som er spesifikke for sentromerer. Slike nukleosomer kan tjene som en slags ankre for kinetochoredannelse. Varianter av histon H3 i sentromerer av forskjellige arter ligner det kanoniske histon H3-molekylet i områder med interaksjon med andre histonproteiner (H2A, H2B, H4). Imidlertid ser det ut til at regionen av sentromerisk histon H3 som interagerer med DNA-molekylet er under påvirkning av drivende seleksjon. Som diskutert er den primære strukturen til sentromerisk DNA forskjellig mellom arter, og sentromerisk histon H3 har blitt foreslått å utvikle seg sammen med sentromerisk DNA, spesielt i Drosophila og Arabidopsis.
Oppdagelsen av den sentromeriske histonen H3 ga opphav til det ekstreme synet at sentromerisk funksjon og dens fullstendige uavhengighet fra den primære DNA-strukturen bestemmes av den nukleosomale organisasjonen og denne histonen. Men er disse faktorene tilstrekkelige for full sentromeraktivitet? Modeller som ignorerer rollen til primær DNA-struktur må anta en tilfeldig fordeling av endringer i sentromerisk DNA-struktur på tvers av populasjoner i fravær av seleksjon. Imidlertid, analyse av satellitt-DNA i menneskelige sentromerer og Arabidopsis identifiserte konserverte regioner så vel som regioner med høyere enn gjennomsnittlig variasjon, noe som indikerer seleksjonstrykk på sentromert DNA. I tillegg ble kunstige sentromerer kun oppnådd med humane a-satellitt-repetisjoner forsterket fra naturlige sentromerer, men ikke fra a-satellitter av pericentromere kromosomregioner.
Modeller der den avgjørende faktoren for å bestemme posisjonen til sentromeren (bevart fra generasjon til generasjon) og dens funksjoner er den tertiære (eller enda høyere ordens) strukturen til DNA, møtes med færre grunnleggende vanskeligheter for forklaring. Dens konservatisme tillater store variasjoner i nukleotidsekvensen og utelukker ikke finjustering av primærstrukturen.
Henikoff og kolleger foreslo en modell som beskriver den koordinerte utviklingen av DNA og proteiner og fører til utseendet til optimalt fungerende sentromerer ved å bruke eksemplet med kvinnelig kjønnscelledeling. Som kjent, i prosessen med meiose, gir en foreldrecelle opphav til fire datterceller gjennom to påfølgende delinger. Deretter blir bare en av dem til en moden kvinnelig reproduksjonscelle (gamet), og overfører genetisk informasjon til neste generasjon, mens de tre andre cellene dør. I følge denne modellen, i evolusjonsprosessen, på grunn av mutasjoner og andre mekanismer i kromosomer, sentromerer med lengre tråder av satellitt-DNA-monomerer eller med en primær nukleotidstruktur som er mer gunstig for binding og koordinert arbeid med spesifikke former for histoner CENH3 og CENP-C kan oppstå. Dessuten, i noen organismer (Arabidopsis, Drosophila), ble bevis for positivt seleksjonstrykk oppnådd for CENH3, mens for andre arter (korn, pattedyr) for CENP-C (fig. 4a). Som et resultat blir slike sentromerer med forbedrede kinetokorer "sterkere" og kan feste et større antall spindelmikrotubuli (fig. 4b). Hvis det er flere slike "sterke" sentromerer i kjønnscellene, oppstår en prosess med meiotisk drift, som øker antallet slike sentromerer, og en ny variant er fikset i populasjonen.
Ris. 4. Modell som forklarer utviklingen av sentromerer.
Topp - sentromerer (grå ovaler) inneholder et spesialisert sett med proteiner (kinetokorer), inkludert histoner CENH3 (H) og CENP-C (C), som igjen samhandler med spindelmikrotubuli (røde linjer). I forskjellige taxa utvikler et av disse proteinene adaptivt og i samsvar med divergensen av den primære DNA-strukturen til sentromerer.
Nederst - Endringer i den primære strukturen eller organiseringen av sentromerisk DNA (mørkegrå oval) kan skape sterkere sentromerer, noe som resulterer i at flere mikrotubuli festes.
Komparativ genomikk hjelper til med å forstå mekanismene for dannelse og aktivitet av sentromere regioner av kromosomer. Et unikt eksempel på mangfoldig sentromerstruktur er kromosom 8 i risgenomet. Sammen med satellitt-DNA-repetisjoner og retrotransposoner ble aktivt transkriberte gener funnet i den; 48 av dem hadde sekvenser med høy homologi til kjente proteiner. Disse funnene tilbakeviser oppfatningen, basert på studier av sentromerer hos mennesker, Drosophila og Arabidopsis, at det ikke er noen aktivt fungerende gener i sentromerer.
Hvis molekylstrukturen til sentromerer av forskjellige eukaryote arter inneholder noen universelle egenskaper (organisering av DNA i form av tandem, relativt korte monomerer og kromatinproteiner som er spesifikke for disse lociene), så er det vanskelig å identifisere mønstre i størrelsene til disse regionene . Ja, i gjær Saccharomyces cerevisiae en 125 bp DNA-seksjon tas som minimum funksjonell sentromer, og i gjær Schizosaccharomyces pombe den er mye mer kompleks og lengre (fra 40 til 120 tusen ord), har flere organisasjonsnivåer. Hos mennesker danner hovedkomponenten av kromosomsentromerer - a-satellitt-DNA - lange tråder av tandemorganiserte monomerer (fra 250 tusen til 4 millioner bp). Blant de 12 riskromosomene har kromosom 8 den korteste lengden på strengen med CentO-satellitten (~64 tusen bp); posisjonen til sentromeren og dens omtrentlige størrelse på 2 millioner bp ble bestemt. Det var mulig å få den fullstendige DNA-sekvensen til denne sentromere regionen og innenfor den å bestemme regionen (~750 tusen bp) hvor kinetochore er direkte dannet. Hovedklyngen CentO ligger i dette området.
Den bemerkelsesverdige plastisiteten til sentromerer, spesielt de aktive genene som finnes i sentromeren til riskromosom 8, antyder at det ikke er noen streng grense mellom sentromeren og resten av kromosomet og til og med muligheten for en dispergert struktur av sentromerisk kromatin. Imidlertid motstrides eksistensen av flere klynger i regionen av den kromosomale innsnevringen av nylig publiserte data om tilstedeværelsen av en kromatinbarriere mellom selve sentromeren og pericentromeric heterochromatin i gjær Schizosaccharomyces pombe. Barrieren er alanin-tRNA-genet. Sletting eller modifikasjon av barrieresekvensen fører til at pericentromeric heterochromatin beveger seg utenfor sine normale grenser. Dessuten forårsaker fravær av en barriere unormal kromosomsegregering i meiose. Selvfølgelig bør det huskes at disse interessante resultatene så langt kun gjelder én type gjær.
Avhengig av funksjonelle og fysiologiske tilstander kan en celle dele seg på forskjellige måter. Divisjonsmetoder somatiske celler: mitose, amitose eller endomitose. Kjønnsceller dele med meiose.
Mitose - indirekte celledeling, ledsaget av spiralisering av kromosomer. Det er flere faser i mitose:
I Prophase (fra gresk "pro" - før, "faser" - utseende). Spiralisering og forkortning av kromosomer forekommer. Nukleolen og kjernehylsen forsvinner, sentriolene divergerer til cellens poler, og en spindel dannes. Kromosomer består av to kromatider forbundet med en sentromer. Profase er den lengste fasen av mitose. Sett med genetisk materiale – 2n 4c.
II Metafase (fra gresk "meta" - midten). Kromosomer, som består av to kromatider, stiller opp i ekvatorialplanet til cellen. Spindelfilamentene er festet til sentromerene. Det er to typer filamenter i delingsspindelen: 1) kromosomale, assosiert med de primære innsnevringene av kromosomer, 2) sentrosomale, som forbinder delingspolene. Settet med genetisk materiale for øyeblikket er 2n 4c.
III Anafase (fra gresk "ana" - opp). Den korteste delingsfasen. Sentromerene til kromosomene skilles, og kromatidene (datterkromosomene) blir uavhengige. Spindelfilamentene festet til sentromerene trekker datterkromosomene til cellens poler. Sett med genetisk materiale – 2n 2c.
IV Telofase. Kromosomer, som består av ett kromatid, er plassert ved cellens poler. Kromosomer despiral (slapp av). Ved hver pol dannes en kjernemembran og nukleoler rundt kromosomene. Spindelgjengene går i oppløsning. Cellens cytoplasma er delt (cytokinesis = cytotomi). To datterceller dannes. Settet med genetisk materiale til datterceller er 2n 2c.
Separasjonen av cytoplasmaet ved en innsnevring skjer forskjellig i forskjellige celler. I dyreceller skjer invaginasjonen av den cytoplasmatiske membranen innover under celledeling fra kantene til midten. I planteceller dannes det en skillevegg i midten, som deretter øker mot celleveggene.
Biologisk betydning av mitose. Mitose resulterer i den nøyaktige fordelingen av genetisk materiale mellom to datterceller. Datterceller får samme sett med kromosomer som morcellen hadde - diploid. Mitose sikrer vedlikehold av et konstant antall kromosomer over en rekke generasjoner og fungerer som en cellulær mekanisme for vekst, utvikling av kroppen, regenerering og aseksuell reproduksjon. Mitose er grunnlaget for aseksuell reproduksjon av organismer. Antall datterceller dannet under mitose er 2.
Amitose(fra gresk "a" - negasjon, "mitos" - tråd) - direkte celledeling, der kjernen er i en interfasetilstand. Kromosomer oppdages ikke. Deling begynner med endringer i nukleolene. Store nukleoler er delt med en innsnevring. Etter dette deler kjernen seg. Kjernen kan være atskilt med bare en innsnevring eller fragmentert. De resulterende datterkjernene kan være av ulik størrelse.
At. amitose fører til utseendet til to celler med kjerner av forskjellig størrelse og antall. Ofte, etter amitose, dannes det ikke to celler, dvs. Etter nukleære delinger skjer ikke separasjon av cytoplasma (cytokinesis). 2 og flerkjernede celler dannes. Amitose oppstår i aldrende, degenererende somatiske celler.
Endomitose- en prosess der dobling av kromosomer i en celle ikke er ledsaget av nukleær deling. Som et resultat multipliserer antallet kromosomer i cellen, noen ganger titalls ganger sammenlignet med det opprinnelige antallet. Endomitose forekommer i intensivt fungerende celler.
Noen ganger skjer reproduksjon av kromosomer uten å øke antallet i cellen. Hvert kromosom dobles mange ganger, men datterkromosomene forblir forbundet med hverandre (fenomenet polyteny). Som et resultat dannes gigantiske kromosomer.
Meiose - en spesiell form for celledeling der haploide datterceller dannes fra diploide mors kjønnsceller. Fusjonen av mannlige og kvinnelige haploide gameter under befruktning fører til utseendet til en zygote med et diploid sett med kromosomer. Som et resultat har datterorganismen som utvikler seg fra zygoten den samme diploide karyotypen som mororganismen hadde.
Meiose involverer to påfølgende divisjoner.
Den første meiotiske divisjonen kalles reduksjon. Den inkluderer 4 trinn.
Profesjon I. Den lengste etappen. Det er konvensjonelt delt inn i 5 stadier.
1) Leptoten. Kjernen øker. Spiraliseringen av kromosomer begynner, som hver består av to kromatider.
2) Zygoten. Konjugering av homologe kromosomer forekommer. Homologe er kromosomer som har samme form og størrelse. Kromosomer tiltrekker seg og fester seg til hverandre i hele lengden.
3) Pachyten. Konvergensen av kromosomer slutter. Dobbeltkromosomer kalles bivalente. De består av 4 kromatider. Antall bivalente = det haploide settet av kromosomer i cellen. Kromosomspiraliseringen fortsetter. Nær kontakt mellom kromatider gjør det mulig å utveksle identiske regioner i homologe kromosomer. Dette fenomenet kalles crossing over (kryssing av kromosomer).
4) Diplotene. Kromosomavstøtende krefter oppstår. Kromosomene som utgjør de bivalente begynner å bevege seg bort fra hverandre. Samtidig forblir de koblet til hverandre på flere punkter - chiasmata. Overkjøring kan forekomme på disse stedene. Ytterligere spiralisering og forkortning av kromosomer forekommer.
5) Diakinese. Frastøtingen av kromosomer fortsetter, men de forblir koblet i endene til bivalente. Nukleolus og kjernekappe løses opp, filamentene i spindelen divergerer mot polene. Sett med genetisk materiale – 2n 4c.
Metafase I. Kromosombivalente er lokalisert langs ekvator av cellen, og danner en metafaseplate. Spindelgjengene er festet til dem. Sett med genetisk materiale – 2n 4c.
Anafase I. Kromosomer beveger seg mot cellens poler. Bare ett av et par homologe kromosomer når polene. Sett med genetisk materiale – 1n 2c.
Telofase I. Antall kromosomer ved hver pol av cellen blir haploid. Kromosomer består av to kromatider. Ved hver pol dannes en kjernekonvolutt rundt en gruppe kromosomer, kromosomene despiraler, og kjernen blir interfase. Sett med genetisk materiale – 1n 2c.
Etter telofase I begynner cytokinese i en dyrecelle, og celleveggdannelse begynner i en plantecelle.
Interfase II finnes bare i dyreceller. Det er ingen DNA-duplisering.
Meiotisk divisjon II kalles ekvatorial divisjon. Det ligner på mitose. Forskjellen fra mitose er at fra kromosomer som har to kromatider, dannes kromosomer som består av ett kromatid. Meiotisk deling II skiller seg fra mitose ved at under deling dannes to grupper av kromosomer og følgelig to spindler i cellen. Settet med genetisk materiale i profase II er 1n 2c, fra metafase II - 1n 1c.
Biologisk betydning av meiose. Fører til en halvering av antall kromosomer, som bestemmer artens bestandighet på jorden. Hvis antallet kromosomer ikke ble redusert, ville kromosomene doble seg i hver påfølgende generasjon. Gir heterogenitet av gameter i gensammensetning (overkrysning kan forekomme i profase, fri rekombinasjon av kromosomer kan forekomme i metafase). Et tilfeldig møte mellom kjønnsceller (=gameter) – en sædcelle og et egg med et annet sett med gener – forårsaker kombinativ variasjon. Foreldrenes gener kombineres under befruktningen, slik at barna deres kan utvikle egenskaper som foreldrene ikke hadde. Antall celler som dannes er 4.
De er dobbelttrådete, replikerte kromosomer som dannes under deling. Hovedfunksjonen til sentromeren er å tjene som et festested for spindelfibre. Spindelen forlenger celler og skiller kromosomer for å sikre at hver nye får riktig antall kromosomer når den er fullført eller.
DNAet i den sentromere regionen av kromosomet er sammensatt av tettpakket DNA, kjent som heterokromatin, som er svært komprimert og derfor ikke transkribert. På grunn av tilstedeværelsen av heterokromatin, er sentromerregionen farget med fargestoffer mørkere enn andre deler av kromosomet.
plassering
Sentromeren er ikke alltid lokalisert i den sentrale delen av kromosomet (se bildet over). Et kromosom består av en kort arm (p) og en lang arm (q), som går sammen ved sentromerområdet. Sentromerer kan være lokalisert enten nær midten eller i flere posisjoner langs kromosomet. Metasentriske sentromerer ligger nær sentrum av kromosomene. Submetasentriske sentromerer forskyves til den ene siden fra midten, slik at den ene armen er lengre enn den andre. Akrosentriske sentromerer er lokalisert nær enden av kromosomet, og telosentriske sentromerer er plassert i enden eller i telomerregionen av kromosomet.
Posisjonen til sentromeren er lett oppdaget i den menneskelige karyotypen. Kromosom 1 er et eksempel på en metasentrisk sentromer, kromosom 5 er et eksempel på en submetasentrisk sentromer, og kromosom 13 er et eksempel på en akrosentrisk sentromer.
Kromosomsegregering i mitose
Før mitosen begynner, går cellen inn i et stadium kjent som interfase, hvor den replikerer sitt DNA som forberedelse til celledeling. Det dannes søstre, som er koblet sammen ved deres sentromerer.
Under mitoseprofasen fester spesialiserte områder på sentromerene kalt kinetokorer kromosomer til spindelfibre. Kinetochores er sammensatt av en serie proteinkomplekser som genererer kinetochorefibre som fester seg til spindelen. Disse fibrene hjelper til med å manipulere og skille kromosomer under celledeling.
På metafasestadiet holdes kromosomer på metafaseplaten av like krefter av polare fibre, som presser på sentromerene.
Under anafase begynner parede sentromerer på hvert enkelt kromosom å divergere fra hverandre når de først sentrerer seg i forhold til de motsatte polene til cellen.
Under telofase inkluderer de nydannede individuelle datterkromosomer. Etter cytokinese dannes to forskjellige.
Kromosomsegregering i meiose
Ved meiose går cellen gjennom to stadier av delingsprosessen (meiose I og meiose II). Under metafase I er sentromerene til homologe kromosomer orientert mot motsatte poler av cellene. Dette betyr at homologe kromosomer vil feste seg ved sine sentromere områder til spindelfibre som strekker seg fra bare en av de to polene i cellen.
Når spindelfibre trekker seg sammen under anafase I, trekkes homologe kromosomer mot motsatte poler av cellene, men søsterkromatider forblir sammen. I meiose II festes spindelfibre som strekker seg fra begge cellepolene til søsterkromatider ved sentromerene deres. Søsterkromatider separeres i anafase II, når spindelfibre trekker dem mot motsatte poler. Meiose resulterer i separasjon og fordeling av kromosomer mellom fire nye datterceller. Hver celle inneholder bare halvparten av antallet kromosomer fra den opprinnelige cellen.
En sentromer er en region av et kromosom preget av en spesifikk nukleotidsekvens og struktur. Sentromeren spiller en viktig rolle i prosessen med cellekjernedeling og i kontrollen av genuttrykk (prosessen hvor den arvelige informasjonen fra et gen omdannes til et funksjonelt produkt - RNA eller protein).
Sentromeren er involvert i koblingen av søsterkromatider, dannelsen av kinetochore (proteinstrukturen på kromosomet som spindelfibre er festet til under celledeling), konjugering av homologe kromosomer, og er involvert i kontrollen av genuttrykk.
Det er i sentromere-regionen at søsterkromatider er koblet sammen i profase og metafase av mitose og homologe kromosomer i profase og metafase av den første deling av meiose. Ved sentromerer dannes kinetokorer: proteiner som binder seg til sentromeren danner et festepunkt for spindelmikrotubuli i anafase og telofase av mitose og meiose.
Avvik fra sentromerens normale funksjon fører til problemer i den relative plasseringen av kromosomer i den delende kjernen, og som et resultat til forstyrrelser i prosessen med kromosomsegregering (deres fordeling mellom datterceller). Disse lidelsene fører til aneuploidi, som kan ha alvorlige konsekvenser (for eksempel Downs syndrom hos mennesker assosiert med aneuploidi (trisomi) på kromosom 21). I de fleste eukaryoter har ikke sentromeren en spesifikk nukleotidsekvens som tilsvarer den. Den består typisk av et stort antall DNA-repetisjoner (f.eks. satellitt-DNA) der sekvensen i de individuelle repetisjonselementene er lik, men ikke identisk.
Datterkromosomer danner sentromerer på de samme stedene som moderkromosomet, uavhengig av arten av sekvensen som ligger i den sentromere regionen.
38. B- kromosomer
Et kromosom som er tilstede i kromosomsettet i overkant av det normale diploide antallet kromosomer, er kun tilstede i karyotypen hos individuelle individer i befolkningen.; B-kromosomer er kjent i mange planter og (noe sjeldnere) hos dyr; antallet kan variere betydelig (fra 1 til flere dusin); B-kromosomer består ofte av heterokromatin (men kan inneholde, tilsynelatende sekundært, eukromatin) og er genetisk passive, selv om de kan ha bivirkninger – for eksempel hos insekter forårsaker tilstedeværelsen av B-kromosomer ofte økt spermavvik; i celledelinger kan de være stabile, men oftere er de ustabile (noen ganger er de mitotisk stabile, men de er ustabile i meiose, hvor de ofte danner univalente); noen ganger er B-kromosomer isokromosomer; mekanismene for utseendet til B-kromosomer er forskjellige - fragmentering, heterokromatinisering av ekstra kromosomer etter feil anafasesegregering, etc. Det antas at B-kromosomer gradvis går tapt i somatiske celler som et resultat av uregelmessigheten i arven.
39 – Polytene kromosomer
Gigantiske interfase-kromosomer som oppstår i noen typer spesialiserte celler som et resultat av to prosesser: for det første, multippel DNA-replikasjon ikke ledsaget av celledeling, og for det andre, lateral konjugering av kromatider. Celler som har polytenkromosomer mister evnen til å dele seg, de differensieres og utskilles aktivt, det vil si at polytenisering av kromosomer er en måte å øke antall kopier av gener for syntese av ethvert produkt. Polytenkromosomer kan observeres i dipteraer, i planter i celler assosiert med utviklingen av embryoet, og i ciliater under dannelsen av makrokjernen. Polytenkromosomer øker betydelig i størrelse, noe som gjør dem lettere å observere og som gjorde det mulig å studere genaktivitet allerede på 1930-tallet. Den grunnleggende forskjellen fra andre typer kromosomer er at polytenkromosomer er interfase, mens alle andre kun kan observeres under mitotisk eller meiotisk celledeling.
Et klassisk eksempel er gigantiske kromosomer i cellene i spyttkjertlene til Drosophila melanogaster-larvene.DNA-replikasjon i disse cellene er ikke ledsaget av celledeling, noe som fører til akkumulering av nykonstruerte DNA-tråder. Disse trådene er tett forbundet langs lengden. I tillegg forekommer somatisk synapsis av homologe kromosomer i spyttkjertlene, det vil si at ikke bare søsterkromatider konjugerer med hverandre, men også homologe kromosomer av hvert par konjugerer med hverandre. Således kan et haploid antall kromosomer observeres i cellene i spyttkjertlene
40 – Kromosomer av lampebørstetype
Lampebørstekromosomer, først oppdaget av W. Flemming i 1882, er en spesiell form for kromosomer som de får i de voksende oocyttene (kvinnelige kjønnsceller) hos de fleste dyr, med unntak av pattedyr. Dette er en gigantisk form for kromosom som oppstår i meiotiske hunnceller på diplotenstadiet av profase I hos noen dyr, spesielt noen amfibier og fugler.
I de voksende oocyttene til alle dyr unntatt pattedyr, under det utvidede diplotenstadiet av profase I av meiose, fører aktiv transkripsjon av mange DNA-sekvenser til transformasjon av kromosomer til kromosomer formet som børster for rengjøring av parafinlampeglass (kromosomer av lampebørstetype). De er sterkt dekondenserte semi-bivalente som består av to søsterkromatider. Lampebørstekromosomer kan observeres ved hjelp av lysmikroskopi, som viser at de er organisert i en serie kromomerer (som inneholder kondensert kromatin) og sammenkoblede laterale løkker som kommer fra dem (som inneholder transkripsjonelt aktivt kromatin).
Lampebørstekromosomer fra amfibier og fugler kan isoleres fra oocyttkjernen ved hjelp av mikrokirurgisk manipulasjon.
Disse kromosomene produserer en enorm mengde RNA, syntetisert på sideløkkene. På grunn av deres gigantiske størrelse og uttalte organisering av kromomerløkker, har lampebørstekromosomer i mange tiår fungert som en praktisk modell for å studere organiseringen av kromosomer, funksjonen til det genetiske apparatet og reguleringen av genuttrykk under profase meiose I. I tillegg er kromosomer av denne typen mye brukt for å kartlegge DNA-sekvenser med høy oppløsningsgrad, studere fenomenet transkripsjon av tandem DNA-repetisjoner som ikke koder for proteiner, analysere distribusjonen av chiasmata, etc.
Laster inn...