Центроміри - це хромосомні структури відповідальні за напрямок руху хромосом під час мітозу. До функцій центромір відносяться адгезія сестринських хроматид, утворення кінетохора, спарювання гомологічних хромосом та залучення до контролю генетичної експресії. У більшості еукаріотів центроміри не містять певної послідовності ДНК. Зазвичай вони містять повтори (наприклад сателітної ДНК), схожі, але не ідентичні. У нематоди Caenorhabditis elegans і деяких рослин голоцентричні хромосоми, тобто. освіта кінетохора не локалізовано певною ділянкою, а відбувається дифузно по всій довжині хромосоми.
Центромери дріжджів
Центромера Spдовжиною 35-110 тпн (чим хромосома довша, тим центроміра менше) і складається з двох доменів - центральної корової області та зовнішньої області повторів (otr), передстравленої гетерохроматином (рис1). Центральна корова область складається з області неповторної ДНК (cnt) та області інвертованих
повторів (imt) з боків cnt. У центральній коровій області нормальний гістон H3 замінений своїм аналогом (CENP-A у Sc) і в цьому місці збирається кінетохор. Маркерні гени, що вбудовуються в центромірну послідовність, стають транскрипційно неактивними. Їхнє замовчання залежить від положення, наприклад, на зовнішніх повторах воно сильніше, а в центральній області менш виражене. Білки Mis6, Mis12, Mal2 та Sim4 зв'язуються з центральним районом центроміру. Центральний район частково перетравлюється мікрококовою нуклеазою, що вказує на особливу організацію хроматину, причому ця організація не залежить від ДНК (ДНК перенесена в Sp або інші ділянки хромосоми не зберігає таку організацію). Зовнішні повтори упаковані в нуклеосоми з деацетильованими гістонами (за допомогою деацетилаз Clr3, Clr6 і Sir2). Метилтрансфераза Clr4 диметилирует H3K9, який сідає Swi6 (аналог HP1) і Chp1. Таким чином, на центромірі формується гетерохроматин
(Див. огляд Гетерохроматин). Swi6 відповідає за приєднання когезинів до області зовнішніх повторів. otr складаються з dg та dh повторів, розділені іншими повторами. Внутрішні та зовнішні повтори містять кластери генів тРНК. Встановлено, що повтори dg мають першорядну роль у встановленні центромірної активності.
ДНК центральної корової області АТ-багата та складається з трьох ділянок cnt1, cnt3 – гомологічні на 99%, розташовані по кроях від сnt2 гомологічного з ними на 48%. Лівий та правий imr інвертовані та унікальні для кожної центроміри.
Мал. 1
Усі 16 центромір Scмають довжину 90 пн і містять три елементи: CDEI, CDEII та CDEIII (рис.2). CDEII - це АТ-багатий неконсервативний спейсер довжиною 78-90 пн, що розділяє CDEI та CDEIII. CDEI має довжину 8 пн. Ця ділянка не суттєва для центромірної активності, але її делеція підвищує ймовірність неправильного розходження хромосом під час мітозу. СDEII - 78-90 пн, містить ~90% АТ-пар. Делеції у цій ділянці переривають освіту центроміри, не порушуючи розбіжність хромомсом. СDEIII - 26 пн містить недосконалі паліндроми. Поодинока нуклеотидна заміна на цій ділянці повністю перериває центромірну активність.
Мал. 2
Мал. 3 Послідовності центромірної ДНК хромосом Sc
Центроміри людини
Центромера людини представляє ділянку 1-4 Мпн AT-багатого а-сателіту довжиною ~171 пн ( альфоїд). Інші сателіти також є. У межах повторів встановлюється місце утворення центроміру, що називається неоцентроміром. Первинна послідовність ДНК в неоцентромері, що встановилася, не має значення. Не всі а-сателіти стають центроміром, не дивлячись на присутність двох локусів багатих на а-сателіт, активною центромірою стає тільки один з них. Інтактна ДНК, що містить альфоїд і вміщена в ядро, не утворює активної центроміри, тому первинний механізм утворення активної центроміри залишається незрозумілим.
На середину минулого століття численні цитологічні дослідження показали визначальну роль центроміри у морфології хромосом. Пізніше встановили, що центромір разом з кінетохором (структурою, що складається в основному з білків) відповідальна за правильне розходження хромосом в дочірні клітини в ході клітинного поділу. Напрямна роль центроміри в цьому процесі очевидна: адже саме до неї прикріплюється веретено поділу, яке разом із клітинними центрами (полюсами) становить апарат клітинного поділу. Завдяки скороченню ниток веретена хромосоми рухаються під час поділу до полюсів клітини.
Зазвичай описують п'ять стадій клітинного поділу (мітозу). Для простоти ми зупинимося на трьох основних етапах у поведінці хромосом клітини, що ділиться (рис.2). На першому етапі відбувається поступове лінійне стиснення та потовщення хромосом, потім утворюється веретено поділу клітини, що складається з мікротрубочок. На другому хромосоми поступово просуваються до центру ядра і вишиковуються вздовж екватора, ймовірно, щоб полегшити приєднання мікротрубочок до центромірів. У цьому ядерна оболонка зникає. На останньому етапі половинки хромосом – хроматиди – розходяться. Складається враження, що мікротрубочки, прикріплені до центромірів, як буксир, тягнуть хроматиди до полюсів клітини. З часу розбіжності колишні сестринські хроматиди називаються дочірніми хромосомами. Вони досягають полюсів веретена та збираються разом у паралельному порядку. Утворюється ядерна оболонка.
Мал. 2. Основні етапи мітозу.
Зліва направо:компактизація хромосом, утворення веретена поділу; вибудовування хромосом уздовж екватора клітини,
прикріплення веретена поділу до центромірів; рух хроматиду до полюсів клітини.
При ретельному спостереженні можна побачити, що у процесі клітинного поділу у кожному хромосомі центроміра перебуває в постійної позиції. Вона підтримує тісний динамічний зв'язок із клітинним центром (полюсом). Розподіл центромір відбувається одночасно у всіх хромосомах.
Розроблені останніми роками методи секвенування дозволили визначити первинну структуру ДНК протяжних ділянок центромір людини, плодової мухи. Drosophilaта рослини Arabidopsis. Виявилося, що в хромосомах і людини, і рослини центромірна активність пов'язана з блоком тандемно організованих повторів (мономерів) ДНК, близьких за розміром (170-180 пар нуклеотидів, нп). Такі ділянки називають сателітною ДНК. У багатьох видів, у тому числі й еволюційно далеких один від одного, розмір мономерів майже не відрізняється: різні види мавп – 171 нп, кукурудза – 180 нп, рис – 168 нп, комаха хірономус – 155 нп. Можливо, це відображає загальні вимоги, необхідні центромірної функції.
Незважаючи на те, що третинна структура центроміру людини і арабідопсис організована однаково, первинні послідовності нуклеотидів (або порядок нуклеотидів) в їх мономерах виявилися зовсім різними (рис.3). Це дивно для району хромосоми, що виконує таку важливу та універсальну функцію. Однак при аналізі молекулярної організації центромір у дрозофіли виявили певну структурну закономірність, а саме наявність ділянок мономерів приблизно одного розміру. Так, у дрозофіли центроміра Х-хромосоми складається в основному з двох типів дуже коротких простих повторів (ААТАТ і ААGАG), що перериваються ретротранспозонами (мобільними елементами ДНК) і "острівцями" складнішої ДНК. Всі ці елементи знайшли в геномі дрозофіли і поза центроміром, проте послідовностей ДНК, характерних для кожної центроміри, у них не виявили. Отже, власними силами центромірні послідовності ДНК недостатні і необов'язкові освіти центроміри.
Мал. 3. Структура ДНК у центромірах людини та рослини.
Прямокутники відповідають тандемно організованим мономерам з ідентичною послідовністю нуклеотидів усередині (первинна структура ДНК). У різних видів первинна структура ДНК мономерів відрізняється, а вторинна є спіраль. Послідовність мономерів відбиває структурну організацію ДНК вищого рівня.
Це підтверджується і проявом центромірної активності поза нормальних центромір. Такі неоцентромери поводяться як звичайні центроміри: утворюють цитологічно помітну перетяжку і формують кінетохор, що зв'язує білки. Однак аналіз ДНК двох неоцентромірів людини і звичайної центроміри загальних послідовностей не виявив, що говорить про можливу роль інших структурних компонентів хромосоми. Ними можуть бути гістонові та негістонові білки, які зв'язуються з ДНК, формуючи нуклеосомну структуру хроматину.
Функціональну роль центромірної структури хроматину підтверджує присутність специфічних кожного біологічного виду варіанта гістону Н3 в центромірному хроматині: в людини вони названі CENP-A, в рослин - CENH3. Серед безлічі білків, що є в кінетохорі, тільки два, СЕNН3 і центромірний білок С (СЕNР-С), безпосередньо зв'язуються з ДНК. Можливо, саме CENH3, взаємодіючи з іншими гістонами (Н2А, Н2В та Н4), формує та визначає специфічний для центромір тип нуклеосом. Такі нуклеосоми можуть бути свого роду якорями для утворення кінетохора. Варіанти гістону Н3 у центромірах різних видів подібні до канонічної молекули гістону Н3 у ділянках взаємодії з іншими гістоновими білками (Н2А, Н2В, Н4). Однак ділянка центромірного гістону Н3, що взаємодіє з молекулою ДНК, мабуть, знаходиться під дією рушійного відбору. Як уже говорилося, первинна структура центромірної ДНК відрізняється між видами, і було висловлено припущення, що центромірний гістон Н3 коеволюціонує разом із центромірною ДНК, зокрема у дрозофіли та арабідопсису.
Виявлення центромірного гістону Н3 породило крайню точку зору, згідно з якою центромірна функція та її повна незалежність від первинної структури ДНК визначається нуклеосомною організацією та цим гістоном. Але чи достатньо цих факторів для повноцінної активності центроміру? Моделі, що ігнорують роль первинної структури ДНК, повинні припускати випадковий розподіл змін у структурі центромірної ДНК у різних популяціях без відбору. Проте аналіз сателітної ДНК у центромірах людини та Arabidopsisвиявив консервативні райони, як і райони з вищою, ніж середня, варіабільністю, що свідчить про тиск відбору на центромірну ДНК. Крім того, штучні центроміри вдалося отримати тільки з a-сателітними повторами людини, ампліфікованими з природних центромірів, але не з a-сателітів прицентромірних районів хромосом.
Менше важливих труднощів для пояснення зустрічають моделі, у яких вирішальним чинником у визначенні позиції центроміри (що зберігається від покоління до покоління) та її функцій служить третинна (чи навіть вищого порядку) структура ДНК. Її консерватизм допускає великі варіації у послідовності нуклеотидів і виключає тонку підстроювання первинної структури.
Хенікофф з колегами запропонували модель, що описує координовану еволюцію ДНК і білків і призводить до появи оптимально функціонуючих центромірів на прикладі поділу жіночих статевих клітин. Як відомо, у процесі мейозу одна батьківська клітина за допомогою наступних один за одним двох поділів дає початок чотирьом дочірнім клітинам. Згодом лише одна з них перетворюється на зрілу жіночу статеву клітину (гамету), яка передає генетичну інформацію наступному поколінню, тоді як три інші клітини відмирають. Згідно з цією моделлю, в процесі еволюції внаслідок мутацій та інших механізмів у хромосомах можуть виникати центроміри з більш протяжними тяжами мономерів сателітної ДНК або з первинною структурою нуклеотидів, що більш сприяє зв'язуванню та координованій роботі зі специфічними формами гістонів CENH3 та СЕНР-С. При цьому в одних організмів (арабідопсис, дрозофіла) докази для позитивного тиску відбору отримані для CENH3, тоді як для інших видів (злаки, ссавці) для CENР-С (рис.4,а). У результаті такі центроміри з удосконаленим кінетохором стають “сильнішими” і можуть приєднувати більше мікротрубочок веретена поділу (рис.4, б). Якщо таких "сильних" центромір виявляється в гаметах більше, відбувається процес мейотичного драйву, який збільшує кількість таких центромір, і новий варіант фіксується в популяції.
Мал. 4. Модель, що пояснює еволюцію центроміру.
Вгорі - центроміри (сірі овали) містять спеціалізований набір білків (кінетохор), що включає гістони CENH3 (H) і CENP-C (C), які в свою чергу взаємодіють з мікротрубочками веретена поділу (червоні лінії). У різних таксонах один із цих білків еволюціонує адаптивно та узгоджено з дивергенцією первинної структури ДНК центромір.
Внизу - зміни в первинній структурі або організації центромірної ДНК (темно-сірий овал) може створювати сильніші центроміри, що виражається в більшій кількості мікротрубочок, що приєднуються.
Зрозуміти механізми формування та активності центромірних районів хромосом допомагає порівняльна геноміка. Унікальний приклад різноманітної структури центроміру - хромосома 8 в геномі рису. У ній поряд з сателітним повтором ДНК і ретротранспозонами виявлені гени, що активно транскрибуються; 48 із них мали послідовності з високою гомологією до відомих білків. Ці знахідки спростовують думку, що склалася на основі вивчення центромір людини, дрозофіли та арабідопсису, що в центромірах немає активно працюючих генів.
Якщо в молекулярній структурі центромір різних видів еукаріотів присутні деякі універсальні характеристики (організація ДНК у вигляді тандемних, відносно коротких мономерів і специфічні для даних локусів хроматину білки), то в розмірах цих районів важко виявити будь-які закономірності. Так, у дріжджів Saccharomyces cerevisiaeза мінімальну функціональну центроміру приймають ділянку ДНК у 125 нп, а у дріжджів Schizosaccharomyces pombeвона значно складніша і довша (від 40 до 120 тис. нп), має кілька рівнів організації. У людини основний компонент центроміру хромосом - a-сателітна ДНК - утворює довгі тяжі тандемно організованих мономерів (від 250 тис. до 4 млн нп). Серед 12 хромосом рису в хромосомі 8 довжина тяжа із сателітом CentO найменша (~64 тис. нп); у ній визначили позицію центроміри та її приблизний розмір у 2 млн нп. Вдалося отримати повну послідовність ДНК цього центромірного району і всередині нього визначити ділянку (~750 тис. нп), де безпосередньо формується кінетохор. У цьому районі знаходиться основний кластер CentO.
Дивовижна пластичність центромір, зокрема активно працюючі гени, виявлені в центромірі хромосоми 8 рису, передбачає відсутність суворої межі між центроміром та іншою частиною хромосоми і навіть можливість розсіяної структури центромірного хроматину. Проте проти існування кількох кластерів у районі хромосомної перетяжки говорять нещодавно опубліковані дані про наявність хроматинового бар'єру між власне центроміром та прицентромірним гетерохроматином у дріжджів. Schizosaccharomyces pombe. Бар'єр є ген тРНК аланіну. Делеція чи модифікація бар'єрної послідовності веде до виходу прицентромірного гетерохроматину за звичайні межі. Більше того, відсутність бар'єру викликає ненормальну розбіжність хромосом у мейозі. Безумовно, слід пам'ятати, що ці найцікавіші результати стосуються поки що лише одного виду дріжджів.
Залежно від функціонального та фізіологічного станів клітина може ділитися різними способами. Способи розподілу соматичних клітин: мітоз, амітоз або ендомітоз. Статеві клітиниділяться мейоз.
Мітоз - Непрямий поділ клітини, що супроводжується спіралізацією хромосом. У мітозі виділяють кілька фаз:
I Профаза (від грецьк. "pro" - до, "phases" - поява). Відбувається спіралізація та укорочення хромосом. Ядро і ядерна оболонка зникають, центріолі розходяться до полюсів клітини, формується веретено поділу. Хромосоми складаються із двох хроматид, з'єднаних центроміром. Профаза - найтриваліша фаза мітозу. Набір генетичного матеріалу – 2n 4с.
II Метафаза (від грец. «meta» – середина). Хромосоми, що складаються з двох хроматид, вишиковуються в екваторіальній площині клітини. Нитки веретена поділу прикріплюються до центромірів. У веретені поділу виділяються два типи ниток: 1) хромосомні, пов'язані з первинними перетяжками хромосом; 2) центросомні, що з'єднують полюси поділу. Набір генетичного матеріалу на цей момент – 2n 4с.
III Анафаза (від грец. "ana" - вгору). Найкоротша фаза поділу. Центромери хромосом роз'єднуються, хроматиди (дочірні хромосоми) стають самостійними. Нитки веретена поділу, прикріплені до центромірів, тягнуть дочірні хромосоми до полюсів клітини. Набір генетичного матеріалу – 2n 2с.
IV Телофаза. Хромосоми, які з однієї хроматиди, перебувають біля полюсів клітини. Хромосоми деспіралізуються (розкручуються). У кожного полюса навколо хромосом утворюється ядерна оболонка та ядерця. Нитки веретена поділу розпадаються. Цитоплазма клітини поділяється (цитокінез = цитотомія). Утворюються дві дочірні клітини. Набір генетичного матеріалу дочірніх клітин – 2n 2с.
Поділ цитоплазми перетяжкою у різних клітинах відбувається по-різному. У клітинах тварин вп'ячування цитоплазматичної мембрани всередину під час поділу клітини походить від країв до центру. У клітинах рослин по центру утворюється перегородка, яка потім збільшується у напрямку стінок клітини.
Біологічне значення мітозу.В результаті мітозу відбувається точний розподіл генетичного матеріалу між двома дочірніми клітинами. Дочірні клітини отримують такий самий набір хромосом, який був у материнської клітини – диплоїдний. Мітоз забезпечує підтримку сталості числа хромосом серед поколінь і є клітинним механізмом зростання, розвитку організму, регенерації і безстатевого розмноження. Мітоз є основою безстатевого розмноження організмів. Число утворених у процесі мітозу дочірніх клітин - 2.
Амітоз(від грец. «а» - заперечення, «mitos» - нитка) – пряме розподіл клітини, у якому ядро перебуває у інтерфазному стані. Хромосоми не виявляються. Поділ починається зі змін у ядерцях. Великі ядерця діляться перетяжкою. Після цього ділиться ядро. Ядро може розділятися лише однією перетяжкою чи фрагментуватись. Дочірні ядра, що утворюються, можуть бути нерівної величини.
Т.о. амітоз призводить до появи двох клітин з ядрами різної величини та кількості. Нерідко після амітозу дві клітини не утворюються, тобто. після поділу ядра поділу цитоплазми (цитокінезу) не відбувається. Утворюються 2-х та багатоядерні клітини. Амітоз зустрічається у відживаючих, дегенеруючих соматичних клітинах.
Ендомітоз– процес, у якому подвоєння хромосом у клітині не супроводжується розподілом ядра. Внаслідок цього в клітині відбувається множення числа хромосом, іноді в десятки разів, порівняно з вихідним числом. Ендомітоз зустрічається в клітинах, що інтенсивно функціонують.
Іноді відтворення хромосом відбувається без збільшення їхнього числа в клітині. Кожна хромосома багаторазово подвоюється, але дочірні хромосоми залишаються пов'язаними між собою (явище політенії). Внаслідок цього утворюються гігантські хромосоми.
Мейоз - особлива форма клітинного поділу, при якій з диплоїдних материнських статевих клітин утворюються гаплоїдні дочірні. Злиття чоловічих та жіночих гаплоїдних статевих клітин у процесі запліднення призводить до появи зиготи з диплоїдним набором хромосом. В результаті дочірній організм, що розвивається із зиготи, має такий же диплоїдний каріотип, який був у материнського організму.
Мейоз включає два послідовні поділки.
I мейотичне поділ називають редукційним. Воно включає 4 стадії.
Профаза I.Найтриваліша стадія. Її умовно поділяють на 5 стадій.
1) Лептотена. Збільшується ядро. Починається спіралізація хромосом, кожна з яких і двох хроматид.
2) Зіготена. Відбувається кон'югація гомологічних хромосом. Гомологічними називають хромосоми, що мають однакові форму та розміри. Хромосоми притягуються та прикладаються один до одного по всій довжині.
3) Пахітена. Закінчується зближення хромосом. Подвоєні хромосоми називають бівалентами. Вони складаються із 4-х хроматид. Число бівалентів = гаплоїдний набір хромосом клітини. Триває спіралізація хромосом. Тісний контакт між хроматидами дозволяє обмінюватися ідентичними ділянками в гомологічних хромосомах. Це явище називають кросинговером (перехрест хромосом).
4) Диплотен. Виникають сили відштовхування хромосом. Хромосоми, що становлять біваленти, починають відходити один від одного. У цьому залишаються з'єднаними між собою у кількох точках – хіазмах. У цих місцях може статися кросинговер. Відбувається подальша спіралізація та укорочення хромосом.
5) Діакінез. Відштовхування хромосом продовжується, але вони залишаються з'єднаними в біваленти своїми кінцями. Ядро і ядерна оболонка розчиняються, нитки веретена поділу розходяться до полюсів. Набір генетичного матеріалу – 2n 4с.
Метафаза І.Біваленти хромосом розташовуються за екватором клітини, утворюючи метафазну платівку. До них прикріплюються нитки веретена поділу. Набір генетичного матеріалу – 2n 4с.
Анафаза І.Хромосоми розходяться до полюсів клітини. До полюсів потрапляють лише по одній із пари гомологічних хромосом. Набір генетичного матеріалу – 1n 2с.
Телофаза I.Число хромосом у кожного полюса клітини стає гаплоїдним. Хромосоми складаються із двох хроматид. Кожен полюс навколо групи хромосом утворює ядерну оболонку, хромосоми деспіралізують, ядро стає інтерфазним. Набір генетичного матеріалу – 1n 2с.
Після телофази I у тваринній клітині починається цитокінез, рослинній клітині – формування клітинної стінки.
Інтерфаза IIє лише у тварин клітин. При цьому подвоєння ДНК не має.
II мейотичний поділ називають еквакційним. Воно подібне до мітозу. Відмінність від мітозу у цьому, що з хромосом, мають дві хроматиди, утворюються хромосоми, які з однієї хроматиди. II мейотичне поділ відрізняється від мітозу ще й тим, що в клітці під час поділу формуються дві групи хромосом і відповідно – два веретени поділу. Набір генетичного матеріалу у профазі II – 1n 2с, починаючи з метафази II – 1n 1с.
Біологічне значення мейозу.Приводить до зменшення числа хромосом удвічі, що зумовлює сталість видів Землі. Якби число хромосом не зменшувалася, то кожному наступному поколінні відбувалося б збільшення хромосом вдвічі. Забезпечує різнорідність гамет по генному складу (у профазі може відбуватися кросинговер, метафазі – вільне перекомбінування хромосом). Випадкова зустріч статевих клітин (=гамет) - сперматозоїда та яйцеклітини з різним набором генів обумовлює комбінативну мінливість. Гени батьків під час запліднення комбінуються, тому в дітей можуть з'явитися ознаки, яких у батьків. Число клітин, що утворюються - 4.
Є дволанцюжковими, реплікованими хромосомами, які утворюються під час поділу. Основна функція центроміра полягає в тому, щоб бути місцем кріплення волокон веретена поділу. Веретено подовжує клітини та поділяє хромосоми, щоб гарантувати, що кожна нова отримає правильну кількість хромосом при завершенні або .
ДНК у центромірній ділянці хромосоми складається з щільно упакованого, відомого як гетерохроматин, який дуже ущільнений і тому не транскрибується. Через наявність гетерохроматину, область центроміру забарвлюється барвниками більш темний колір, ніж інші частини хромосоми.
Розташування
Центромір не завжди розташований у центральній області хромосоми (див. фото вище). Хромосома складається з короткого плеча (p) та довгого плеча (q), які з'єднуються у центромірній ділянці. Центромери можуть перебувати як поблизу середини, так і в декількох положеннях вздовж хромосоми. Метацентричні центроміри розташовані поблизу центру хромосом. Субметацентричні центроміри зміщені в один бік від центру, так що одне плече довше за інше. Акроцентричні центроміри розташовані поблизу кінця хромосоми, а тілоцентричні центроміри знаходяться на кінці або області теломер хромосоми.
Положення центроміру легко виявляється у каріотипі людини. Хромосома 1 є прикладом метацентричної центроміри, хромосома 5 є прикладом субметацентричної центроміри, а хромосома 13 є прикладом центроміра акроцентрика.
Розбіжність хромосом у мітозі
До початку мітозу клітина входить у стадію, відому як інтерфаза, де вона реплікує свою ДНК під час підготовки до поділу клітин. Утворюються сестринські , які пов'язані у тому центромірах.
У профазі мітозу спеціалізовані області на центромірах, які називають кінетохорами, прикріплюють хромосоми до веретеноподібних волокон. Кінетохори складаються з ряду білкових комплексів, які генерують кінетохірні волокна, що прикріплюються до веретену ділнію. Ці волокна допомагають маніпулювати та розділяти хромосоми під час поділу клітин.
На стадії метафази хромосоми утримуються метафазної пластині рівними силами полярних волокон, натискаючи на центроміри.
Під час анафази парні центроміри в кожній окремій хромосомі починають розходити один від одного, оскільки спочатку центруються щодо протилежних полюсів клітини.
Під час телофази новостворені включають окремі дочірні хромосоми. Після цитокінезу утворюються дві різні.
Розбіжність хромосом у мейозі
У мейозі клітина проходить через дві стадії процесу розподілу (мейоз I та мейоз II). Під час метафази I центроміри гомологічних хромосом орієнтовані протилежні полюси клітин. Це означає, що гомологічні хромосоми будуть прикріплюватися у своїх центромірних областях до волокон веретена поділу, що тягнеться тільки від одного з двох полюсів клітини.
Коли волокна веретена скорочуються під час анафази I, гомологічні хромосоми витягуються до протилежних полюсів клітин, але сестринські хроматиди залишаються разом. У мейозі II волокна веретена, що тягнуться від обох полюсів клітин, прикріплюються до сестринських хроматидів в їх центромірах. Сестринські хроматиди поділяються на анафазі II, коли волокна веретена тягнуть їх у протилежним полюсам. Мейоз призводить до поділу та розподілу хромосом серед чотирьох нових дочірніх клітин. Кожна клітина містить тільки половину числа хромосом від вихідної клітини.
Центромера - ділянка хромосоми, що характеризується специфічною послідовністю нуклеотидів та структурою. Центромера відіграє у процесі поділу клітинного ядра й у контролі експресії генів (процес, під час якого спадкова інформація від гена перетворюється на функціональний продукт - РНК чи білок).
Центромера бере участь у поєднанні сестринських хроматид, формуванні кінетохора (білкова структура на хромосомі, до якої кріпляться волокна веретена поділу під час поділу клітини), кон'югації гомологічних хромосом та залучена до контролю експресії генів.
Саме в області центроміри з'єднані сестринські хроматиди у профазі та метафазі мітозу та гомологічні хромосоми у профазі та метафазі першого поділу мейозу. На центромірах відбувається формування кінетохоров: білки, що зв'язуються з центроміром, формують точку прикріплення для мікротрубочок веретена поділу в анафазі і телофазі мітозу і мейозу.
Відхилення від нормального функціонування центроміри ведуть до проблем у взаємному розташуванні хромосом у ядрі, що ділиться, і в результаті - до порушень процесу сегрегації хромосом (розподілу їх між дочірніми клітинами). Ці порушення призводять до анеуплоїдії, яка може мати тяжкі наслідки (наприклад, синдром Дауна у людини, пов'язаний з анеуплоїдією (трисомією) по 21 хромосомі). У більшості еукаріотів центроміра не має певної, відповідної їй нуклеотидної послідовності. Зазвичай вона складається з великої кількості повторів ДНК (наприклад, сателітної ДНК), в яких послідовність всередині індивідуальних елементів, що повторюються, схожа, але не ідентична.
Дочірні хромосоми утворюють центроміри у тих місцях, як і материнська хромосома, незалежно від характеру послідовності, що у центромірному ділянці.
38. B– хромосоми
Хромосома, присутня в хромосомному наборі понад нормальне диплоїдне число хромосом, є в каріотипі тільки в окремих особин у популяції.; B-хромосоми відомі у багатьох рослин і (дещо рідше) у тварин, їх кількість може значно варіювати (від 1 до кількох десятків); часто B-хромосоми складаються з гетерохроматину (але можуть містити - мабуть, вдруге - і еухроматин) і генетично пасивні, хоча можуть побічні ефекти - наприклад, у комах наявність B-хромосом часто обумовлює підвищену аберантність сперматозоїдів; у клітинних поділах можуть бути стабільними, але частіше нестабільними (іноді мітотично стабільними, але нестабільними в мейозі, де частіше утворюють уніваленти); зрідка B-хромосоми є ізохромосоми; механізми появи B-хромосом різні - фрагментація, гетерохроматинізація зайвих хромосом після неправильної анафазної розбіжності тощо. Передбачається, що В-хромосоми поступово втрачаються в соматичних клітинах внаслідок нерегулярності їх успадкування
39 – Політені хромосоми
Гігантські інтерфазні хромосоми, що виникають у деяких типах спеціалізованих клітин у результаті двох процесів: по-перше, багаторазової реплікації ДНК, що не супроводжується розподілом клітини, по-друге, бічної кон'югації хроматид. Клітини, в яких є політені хромосоми, втрачають здатність до поділу, є диференційованими і активно секретуючими, тобто, політенізація хромосом є способом збільшення кількості копій генів для синтезу будь-якого продукту. Політені хромосоми можна спостерігати у двокрилих, рослин у клітинах, пов'язаних з розвитком зародка, уінфузорій при формуванні макронуклеуса. Політені хромосоми значно збільшуються в розмірах, що полегшує їх спостереження і що дозволяло вивчати активність геновеще в 1930-ті роки. Принциповою відмінністю від інших типів хромосом є те, що політені хромосоми є інтерфазними, тоді як решту можна спостерігати тільки під час мітотичного або мейотичного поділу клітини.
Класичним прикладом є гігантські хромосоми в клітинах слинних залізличок Drosophila melanogaster (Дрозофіла меланогастер). Реплікація ДНК у цих клітинах не супроводжується поділом клітини, що призводить до накопичення новозбудованих ниток ДНК. Ці нитки щільно з'єднані між собою довжиною. Крім того, в слинних залозах відбувається соматичний синапсисгомологічний хромосом, тобто, не тільки сестринські хроматиди кон'югують між собою, а й гомологічні хромосоми кожної пари кон'югують між собою. Таким чином, у клітинах слинних залоз можна спостерігати гаплоїдну кількість хромосом.
40 – Хромосоми типу лампових щіток
Хромосоми типу лампових щіток, вперше виявлені В. Флеммінгом в 1882 році, - це спеціальна форма хромосом, яку вони набувають у зростаючих ооцитах (жіночих статевих клітинах) більшості тварин, за винятком ссавців. Це гігантська форма хромосом, яка виникає в мейотичних жіночих клітинах на стадії диплотени профази I у деяких тварин, зокрема, у деяких земноводних іптиц.
У зростаючих ооцитах всіх тварин, за винятком ссавців, під час протяжної стадії диплотени профазимейоза I активна транскрипція багатьох послідовностей ДНК призводить до перетворення хромосом в хромосоми, за формою нагадують щітки для чищення стекол гасових ламп (хромосоми типу лампових щіток). Вони є сильно деконденсовані напівбіваленти, що складаються з двох сестринських хроматид. Хромосоми типу лампових щіток можна спостерігати за допомогою світлової мікроскопії, при цьому видно, що вони організовані у вигляді серії хромомерів (містять конденсований хроматин) і вихідних парних латеральних петель (містять транскрипційно активний хроматин).
Хромосоми типу лампових щіток амфібій та птахів можуть бути ізольовані з ядра ооцитас за допомогою мікрохірургічних маніпуляцій.
Ці хромосоми виробляють дуже багато РНК, синтезованої на латеральних петлях. Завдяки гігантським розмірам і вираженій хромомірно-петльової організації, хромосоми типу лампових щіток протягом багатьох десятиліть служать зручною моделлю для вивчення організації хромосом, роботи генетичного апарату та регуляції експресії генів під час профазімейозу. Крім того, хромосоми цього типу широко використовуються для картування послідовностей ДНК з високим ступенем дозволу, вивчення феноменатранскрипції некодуючих білки тандемних повторів ДНК, аналізу розподілу хіазм та ін.
Loading...