Какой критерий положен в основу деления хромосом на мета субмета акро и телоцентрические

Обновлено: 04.07.2024

Кариотип – это видоспецифический признак, характеризующийся определенным числом, строением и генетическим составом хромосом. Понятие кариотип подразумевает диплоидный набор хромосом. У каждой хромосомы имеется гомолог, т.е. хромосома, с таким же набором генов. Один набор хромосом – от матери, другой – от отца. Если число хромосом в гаплоидном наборе (в половых клетках) обозначить как n, то формула кариотипа будет 2n. Изучение полного набора хромосом называется кариотипированием. Нормальный кариотип человека включает 23 пары, т.е. 46 хромосом, из них 22 пары – аутосомы (одинаковые по строению и набору генов) у представителей разного пола и 1 пара половые хромосомы или гетерохромосомы: ХХ у женщин и XY – у мужчин.

Для анализа кариотипа клетки изучают на стадии метафазы, когда хромосомы максимально спирализованы. Именно на этой стадии можно наиболее точно определить морфологию каждой хромосомы.

Морфология хромосом.

В структуре хромосом выделяют: длинное плечо, короткое плечо, центромера, II перетяжка – ЯОР. По месту расположения II перетяжки различают метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, телоцентрические хромосомы.

Классификации хромосом.

Для того, чтобы было легче разобраться в сложном комплексе хромосом человека, предлагалось множество способов их классификации (по форме, по размерам и т.д.). В 1960 г. в г. Денвере (Англия) была принята единая классификация хромосом человека, которой до сих пор пользуются все цитогенетики. Согласно Денверской классификации для анализа хромосомы группируются попарно (гомологи) в порядке уменьшения размера и делятся на 7 групп, которые обозначают буквами латинского алфавита от А до G:

Группа А (1-3) – три пары самых крупных хромосом: две метацентрические и 1 субметацентрическая.

Группа В – (4-5) – две пары длинных субметацентрических хромосом.

Группа С (6-12) – 7 пар субметацентрических аутосом среднего размера и Х-хромосома.

Группа D (13-15) – три пары средних акроцентрических хромосом.

Группа E (16-18) – три пары метацентрическая и субметацентрические хромосомы.

Группа F (19-20) – две пары маленьких метацентрических хромосом.

Группа G (21-22 и Y) – две пары мелких акроцентрических хромосом и Y-хромосома.

При рутинной окраске достоверно можно идентифицировать только 5 хромосом: 1, 2, 3, 16 и Y-хромосому.

Для идентификации дифференциально окрашенных хромосом используется, так называемая, парижская номенклатура, принятая в Париже в 1979 году Благодаря Парижской номенклатуре удается идентифицировать каждую хромосому внутри каждой группы. Метод позволяет выявлять геномные (например, болезнь Дауна) и хромосомные (например, синдром кошачьего крика) мутации. Хромосомные аберрации обозначают номером хромосомы, короткого или длинного плеча и избытком (+) или нехваткой (-) генетического материала. Например, синдром кошачьего крика обозначают: 5р-

Следует строго различать понятия клеточного (или жизненного) цикла клетки (ЖЦК) и митотического цикла клетки (МЦК). В отличие от МЦК ЖЦК включает период жизнедеятельности клеток, обозначаемый G0, в течение которого происходит рост, дифференцировка и функционирование клеток, иногда специализация с потерей способности к делению и естественная гибель.

МЦК – это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием из одной материнской двух новых дочерних клеток с неизменным набором хромосом. В МЦК условно можно выделить два периода: собственно митоз (деление) и интерфазу. В интерфазе различают 3 периода: пресинтетический (G1-период), синтетический (S-период), и постсинтетический (G2-период) (рис. 12).

В пресинтетическом периоде клетки имеют диплоидный набор хромосом (2n), причем, каждая хромосома состоит из 1 хроматиды (рисунок). Формула хромосом 2n2c, где n – число центромер или хромосом, c – число хроматид.

В синтетическом периоде происходит репликация ДНК. После окончания S-периода каждая хромосома состоит уже не их 1, а из 2 сестринских хроматид. Формула хромосомного набора, соответственно, приобретает вид 2n4c (т.е.на 2 хромосомы теперь приходится 4 хроматиды.

В постсинтетическом клетка готовится к делению. Формула хромосом остается прежней – 2n4c.

За интерфазой следует непосредственно деление клеток – митоз, в котором различают два этапа: Деление ядра клетки – кариокинез; Деление цитоплазмы клетки – цитокинез.

Митотический (пролиферативный) цикл клетки. Фазы митотического цикла, их характеристика и значение. Подготовка клетки к делению: G₁, S, G₂ периоды митотического цикла. Репликация ДНК. Ферменты, участвующие в репликации ДНК.

В постсинтетическом клетка готовится к делению. Формула хромосом остается прежней – 2n4c.

Митоз состоит из 4 фаз: 1 – профаза (иногда выделяют прометафазу); 2 – метафаза; 3 – анафаза; 4 – телофаза. Каждая предыдущая фаза обуславливает переход к следующей (рис. 13).

Биологическое значение митоза заключается в точном идентичном распределении сестринских хроматид (или дочерних хромосом) между дочерними клетками. В результате этого деления из одной материнской клетки образуются две генетически идентичные и равноценные дочерние клетки, которые имеют хромосомный набор, по количеству и качеству точно соответствующий исходной материнской клетке. Так поддерживается постоянство кариотипа (т.е. набора хромосом) в поколениях клеток.

Нервно-гуморальные факторы регуляции митоза.

Среди факторов нервно-гуморальной регуляции митоза особое место отведено двум ключевым белкам: циклины и циклин-зависимые киназы (CDK, cyclin-dependent kinase). Циклины активируют CDK, что является сигналом к удвоению хромосом и делению клетки.

Биологическое значение митоза. Способы репродукции клеток (митоз, амитоз, эндомитоз, политения), их биологическое значение.

В постсинтетическом клетка готовится к делению. Формула хромосом остается прежней – 2n4c.

Химическая организация генетического материала. Структура ДНК (модель Дж. Уотсона и Ф. Крика). Свойства и функции ДНК.

Основой наследственного материала являются нуклеиновые кислоты ДНК и РНК. Это полимеры, состоящие из мономеров – нуклеотидов. Каждый нуклеотид включает три основных компонента: азотистое основание (аденин, гуанин – пурины; цитозин, тимин, урацил - пиримидины), сахар – пентозный углевод (дезоксирибоза или рибоза), остаток фосфорной кислоты. (рис.1, рис. 2., - +на доске).

В структурной организации молекулы ДНК можно выделить 3 уровня:

I структура – полинуклеотидная цепь

II структура – две комплементарные друг другу и антипараллельные полинуклеотидные цепи

III структура – трехмерная спираль – пространственная конфигурация.

I структура ДНК:

Соединение нуклеотидов в макромолекулу ДНК происходит путём взаимодействия фосфата одного нуклеотида с гидроксилом дугого так, что между ними устанавливается фосфодиэфирная связь (рис.3(а)). В результате образуется полинуклеотидная цепь (рис.3(б)). Важно отметить, что сборка полипептидной цепи осуществляется строго в одном направлении, а именно, путем присоединения фосфатной группы, расположенной в 5’-положении углерода сахара последующего нуклеотида к 3’гидроксильной группе предыдущего нуклеотида.

II структура ДНК.

В 1953 г Уотсон и Крик представили модель 3-х мерной молекулы ДНК. Они показали, что особенностью II структурной организации ДНК является то, что в ее состав входят 2 полинуклеотидные цепи, связанные между собой особым образом – путём образования водородных связей между азотистыми основаниями по принципу комплементарности (рис. 4): пурин связывается только с пиримидином, т.е. Аденин может связываться только с Тимином, а Гуанин – только с Цитозином и наоборот (рис. 5(а)). При этом между А и Т образуются 2 водородные связи, а между Г и Ц – 3 (рис. 5(б)). Благодаря комплементарности число пуринов в молекуле ДНК всегда равно числу пиримидинов, т.е.

Хотя водородные связи между парами оснований относительно слабы, каждая молекула ДНК содержит приблизительно 3,3 млрд. пар, так что в физиологических условиях (Т 0 , рН) цепи никогда не разрываются.

Другой важной особенностью молекулы ДНК является антипараллель-

ность двух составляющих её цепей, т.е. 5’– конец одной цепи соединяется с

III структура ДНК.

Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекула ДНК образует правозакрученную спираль (Рис. 6.). В каждый виток входит 10 п.н.

Функции ДНК

Главная функция ДНК заключается в том, что она предназначена для хранения (в виде генетического кода), передачи (репликация ДНК) и реализации (биосинтез белка) наследственной информации. У вирусов эту функцию выполняет РНК.

По функциональной значимости ДНК неоднородна и может быть подразделена на 3 класса:

1. Повторяющиеся последовательности (не транскрибируются).

2. Умеренно повторяющиеся наследственности. Это гены тРНК и белков, входящих в состав рибосом, хроматина и рРНК.

3. Уникальные участки с неповторяющимися сочетаниями нуклеотидов. У человека уникальные участки ДНК составляют не более 10-15% от общей длины молекулы ДНК. Уникальные участки ДНК являются структурной основой большинства генов человека. В них закодирована информация о структуре полипептида в виде генетического кода.

Структура и виды РНК. Отличия ДНК от РНК. Роль РНК в процессе реализации наследственной информации.

РНК - однонитевая молекула.
В РНК вместо тимина присутствует урацил (пиримидин).
Углеводом в РНК является рибоза.
В отличие от ДНК, содержание которого в клетке постоянно, содержание в них РНК сильно колеблется и зависит от интенсивности синтеза белка.

1.Транспортная (тРНК) - осуществляет перенос аминокислот в рибосомы. Молекулы тРНК состоят из 7595 нуклеотидов и по форме напоминают лист клена. В своем составе они имеют два активных центра: 1) акцепторный конец, к которому присоединяется аминокислота путем ковалентной связи с затратой энергии 1 АТФ. Формируется аминоацил тРНК. 2) антикодоновая петля, комплементарная кодону мРНК.

3.Информационная или матричная (иРНК или мРНК) – осуществляет перенос информации о структуре белка от ДНК в рибосомы. Процесс образования иРНК по подобию ДНК называется транскрипцией.

Ген как функциональная единица наследственности. Строение генов у про- и эукариот. Классификация генов. Понятие об активных и репрессированных генах.

Структурная часть (S) может быть представлена одним геном (цистроном), либо несколькими генами (полицистронная единица транскрипции). Здесь содержится информация о структуре одного или нескольких полипептидов в виде генетического кода. Со структурной части считывается иРНК.

Регуляторная часть включает промотор, оператор и терминатор – элементы, которые управляют работой гена. Промотор (P) – точка узнавания начала (инициации) транскрипции. К данному участку прикрепляется фермент РНК-полимераза, синтезирующий мРНК. Оператор (O) – включает или выключает оперон. Терминатор (T) содержит STOP-кодон – участок остановки транскрипции.

Поблизости от оперона располагается ген-регулятор, который не входит в состав оперона, но продуцирует белок-репрессор, который может связываться с оператором, блокируя работу гена.

Строение генов у эукариот намного сложнее. Генетическая система эукариот называется транскриптоном. Транскриптон также состоит из двух частей: регуляторной (неинформативной) – (90%) и структурной (информативной) – (10%).

Регуляторная зона представляет ряд последовательно расположенных генов-промоторов, операторов, терминаторов). Структурная зона состоит из одного гена, имеющего прерывистое строение: кодирующие участки – экзоны чередуются с некодирующими последовательностьями нуклеотидов – интронами. Число генов у эукариот – 30 40 тыс.

Т.о. Ген – это участок молекулы ДНК, включающий регуляторные последовательности и соответствующий одной единице транскрипции, в которой находится информация о структуре полипептидной цепи или молекулы РНК.

Обычно классификация хромосом строиться на учете размера каждой из хромосом в кариотипе, по положению центромеры и по другим особенностям. Решениями конференций по хромосомам человека в Денвере США (Denver conference, 1960), в Лондоне (London conference, 1966) сведены обширные материалы из многочисленных литературных источников в систему, имеющую в настоящее время общепризнанный характер. Согласно этой системе, 22 пары аутосом были перенумерованы от 1 до 22-й номере уменьшения их длинны, пара половых хромосом обозначена символами Х и У. Кариотип мужчины - ХУ, женщины - ХХ. 22 пары аутосом разделены на семь групп, обозначаемых буквами от А до G. Каждая группа хромосом характеризуется следующими особенностями (рис 1):

Группа А содержит 3 пары длинных хромосом (1-3), каждую из которых можно легко индивидуализировать. Хромосомы 1,3 являются метацентриками, аромосома 2 - субметацентрична;

Группа В содержит две пары хромосом (4-5). Они короче хромосом из группы А и являются субметацентриками;

Группа С содержит 6 пар аутосом (6-12), все хромосомы с субмедиальным расположением центромеры, средних размеров, их трудно индивидуализировать. К этой группе по размеру относится Х-хромосома, которая отличается тем, что заканчивает синтез ДНК позднее других;

Группа D содержит 3 пары хромосом (13-15). Хромосомы средних размеров имеют почти терминальное расположение центромеры - акроцентрики. Все они имеют спутники, морфологически похожи;

Группа F имеет 2 пары коротких метацентрических хромосом (19-20), которые неотличимы друг от друга;

Группа G состоит из 2-х пар хромосом (21-22). Это очень короткие акроцентрические хромосомы со спутниками, трудно различимы, хотя несколько отличаются по величине и морфологии. К ним примыкают У-хромосома, которая несколько длиннее и имеет на длинном плече вторичную перетяжку (Дубинина, 1977).

В настоящее время для более тонкой дифференциации каждой из хромосом человека разработаны новые методы. Однако для исследования спонтанного хромосомного мутагенеза достаточно применения методики рутинной окраски хромосом, в результате которой все хромосомы перечисленных выше групп в исследуемой метафазной пластинке равномерно окрашиваются и хорошо идентифицируются.

1.1.2. Основные типы хромосомных перестроек.

Все хромосомные аберрации, возникающие в соматических клетках человека и регистрируемые на стадии метафазы, разделяются на две основные группы: аберрации храматидного типа и аберрации хромосомного типа. Согласно наиболее распространенному мнению, аберрации хромосомного типа отражают повреждение хромосомы в пресинтетической стадии (G1 - фаза), когда хромосома реагирует как однонитчатая структура, тогда как аберрации хроматидного типа возникают при повреждении хромосомы на стадии ее двух нитей (фаза S и G2) (Buckton K., Evans H., 1973).

Аберрации хромосомного типа.

Исследования соматических клеток в метафазе показало, что цитологически можно различить 7 видов хромосомных аберраций. Типы аберраций, указанных на рисунке 2 в пунктах а - д, образуются в одной хромосомы и могут быть названы внутрихромосомными обменами, а аберрации, указанные в пунктах е и ж, сопровождаются обменом участками между различными хромосомами и называются межхромосомными обменами.

а) Ацентрические фрагменты (терминальные делеции) представляют собой спаренные хроматиды, которые располагаются параллельно друг другу, но не имеют центромеры.

б) Малые фрагменты (интерстициальные, изодиаметрические делеции) - спаренные хроматиды меньшего размера, чем ацентрические фрагменты, имеющие характерный вид спаренных хроматиновых шариков.

в) Ацентрические кольца - спаренные хроматиды в форме кольца, не содержащие центромеры. Различия между малыми фрагментами и кольцами часто бывают произвольными, поскольку они основаны лишь на длине не достигающего интерстициального участка хромосомы.

г) Центрические кольца - спаренные хроматиды в форме кольца, имеющие центромеру.

д) Перецентрические инверсии - результат инверсии сегмента, содержащего центромеру, с последующим его включением в ту же хромосому.

е) Симметрические межхромосомные обмены (реципроктные транслоказы) - аберрации, возникающие в результате обмена между двумя хромосомами, причин дистальные участки двух хромосом транслоцируются от одной к другой.

ж) Асимметричные межхромосомные отмены (дицентрические, полицентрические аберрации). Возникают в результате обмена между двумя или несколькими хромосомами, происходящие таким образом, что проксимальные участки хромосом соединяются, образуя дицентрическую или полицентрическую структуру с сопутствующим ацентрическим пробелом.

Аберрации хроматидного типа.

Аберрации хроматидного типа представлены на рисунке 3. К ним относятся хроматидные разрывы (фрагменты хроматид) и хроматидные обмены. Фрагменты могут быть концевыми интерстициальными и точковыми. Если произошли изохроматидный разрыв и поврежденные концы сестринских хроматид соединились, то из-за притяжения сестринских хроматид на остальной части они остаются лежать параллельно и потому имеют вид дуги. Хроматидные фрагменты, малоудалённые от места повреждения, необходимо дифференцировать от ахроматических пробелов, представляющих собой неокрашенные участки хромосом (частки локальной деспирализации хромосом). О фрагментах говорят в трех ситуациях:

На этой схеме дублированной хромосомы (2) обозначает центромеру - область, которая соединяет две сестринские хроматиды, или каждая половина хромосомы. В профазе митоза специализированные области на центромерах, называемые кинетохоры прикрепляют хромосомы к волокнам веретена.

В центромера это специализированная последовательность ДНК хромосома что связывает пару сестринские хроматиды (диада). [1] В течение митоз, волокна веретена прикрепить к центромере через кинетохора. [2] Центромеры сначала считались генетические локусы которые направляют поведение хромосомы.

Физическая роль центромеры заключается в том, чтобы действовать как место сборки кинетохоры - очень сложная мультипротеиновая структура, отвечающая за реальные события сегрегация хромосом - т.е. обязательная микротрубочки и передача сигналов аппарату клеточного цикла, когда все хромосомы правильно прикреплены к шпиндель, так что это безопасно для деление клеток перейти к завершению и для ввода ячеек анафаза. [3]

Что касается структуры митотической хромосомы, центромеры представляют собой суженную область хромосомы (часто называемую первичным сужением), где два идентичных сестринские хроматиды находятся в наиболее тесном контакте. Когда клетки входят в митоз, сестринские хроматиды (две копии каждой молекулы хромосомной ДНК, полученные в результате Репликация ДНК в форме хроматина) связаны по своей длине действием когезин сложный. Сейчас считается, что этот комплекс в основном высвобождается из плеч хромосом во время профазы, так что к тому времени, когда хромосомы выстраиваются в линию в средней плоскости митотического веретена (также известной как метафазная пластинка), последнее место, где они связаны друг с другом находятся в хроматине внутри и вокруг центромеры. [5]

Содержание

Позиция

Классификации хромосом

я	Телоцентрический	Центромеры расположены очень близко к верхушке, p руки едва видны, если видны вообще.
II	Акроцентрический	Плечи q по-прежнему намного длиннее, чем плечи p, но плечи p длиннее, чем у телоцентрических.
III	Субметацентрический	Плечи p и q очень близки по длине, но не равны.
IV	Метацентрический	Плечи p и q равны по длине.

А: Короткая рука (p рука)
B: Центромера
C: Длинная рука (q рука)
D: Сестринские хроматиды

Метацентрический

Это Х-образные хромосомы с центромерой посередине, так что два плеча хромосом почти равны.

Хромосома является метацентрической, если ее два плеча примерно равны по длине. У нормального человека кариотип, пять хромосом считаются метацентрическими: хромосомы 1, 3, 16, 19 и 20. В некоторых случаях метацентрическая хромосома образуется в результате сбалансированной транслокации: слияния двух акроцентрический хромосомы с образованием одной метацентрической хромосомы. [9] [10]

Субметацентрический

Если длины плеч неравны, хромосома считается субметацентрической. Они имеют Г-образную форму. [11]

Акроцентрический

Если p (короткое) плечо настолько короткое, что его трудно наблюдать, но оно все еще присутствует, тогда хромосома акроцентрическая ("акро-"в акроцентрическом" относится к греческому слову "пик"). человеческий геном включает пять акроцентрических хромосом: 13, 14, 15, 21, 22. [12] В Y-хромосома также акроцентрический. [12]

В акроцентрической хромосоме p-плечо содержит генетический материал, включая повторяющиеся последовательности, такие как ядрышковые организующие области, и может быть перемещено без значительного вреда, как в сбалансированном Робертсоновская транслокация. В домашняя лошадь геном включает одну метацентрическую хромосому, которая гомологичный двум акроцентрическим хромосомам в сородич но неприрученный Лошадь Пржевальского. [13] Это может отражать либо фиксацию сбалансированной робертсоновской транслокации у домашних лошадей, либо, наоборот, фиксацию деления одной метацентрической хромосомы на две акроцентрические хромосомы у лошадей Пржевальского. Похожая ситуация существует между геномами человека и великой обезьяны, с сокращением двух акроцентрических хромосом у человекообразных обезьян до одной метацентрической хромосомы у человека (см. анеуплоидия и хромосома 2 человека). [11]

Поразительно, что вредные транслокации в контексте заболевания, особенно несбалансированные транслокации при раке крови, чаще затрагивают акроцентрические хромосомы, чем неакроцентрические хромосомы. [14] Хотя причина неизвестна, вероятно, это связано с физическим расположением акроцентрических хромосом в ядро. Акроцентрические хромосомы обычно расположены внутри и вокруг ядрышко, поэтому в центре ядра, где хромосомы имеют тенденцию быть менее плотно упакованными, чем хромосомы на периферии ядра. [15] Соответственно, менее плотно упакованные хромосомные области также более склонны к хромосомным транслокациям при раке. [14]

Телоцентрический

Субтелоцентрический

Если центромера хромосомы расположена ближе к ее концу, чем к ее центру, ее можно назвать субтелоцентрической. [18] [19]

Число центромеры

Ацентрический

Если в хромосоме отсутствует центромера, говорят: ацентрический. В макронуклеус из инфузории например, содержит сотни ацентрических хромосом. [20] События разрушения хромосом также могут генерировать ацентрические хромосомы или ацентрические фрагменты.

Дицентрик

А дицентрическая хромосома - аномальная хромосома с двумя центромерами. Он образуется в результате слияния двух сегментов хромосомы, каждый с центромерой, что приводит к потере ацентрических фрагментов (без центромеры) и образованию дицентрических фрагментов. [21] Образование дицентрических хромосом связывают с генетическими процессами, такими как Робертсоновская транслокация [12] и парацентрическая инверсия. [22] Дицентрические хромосомы играют важную роль в митотической стабильности хромосом и формировании псевдодицентрических хромосом. [23]

Моноцентрический

В моноцентрический хромосома - это хромосома, которая имеет только одну центромеру в хромосоме и образует узкую перетяжку.

Моноцентрические центромеры являются наиболее распространенной структурой ДНК растений и животных с большим числом повторений. [24]

Голоцентрический

В отличие от моноцентрических хромосом в холоцентрических хромосомах вся длина хромосомы действует как центромера. В холоцентрических хромосомах нет одного первичного сужения, но центромера имеет много CenH3 локусы распространяются по всей хромосоме. [25] Примеры центромеры этого типа можно найти повсюду в царствах растений и животных. [26] наиболее известным примером является нематода Caenorhabditis elegans.

Полицентрический

Хромосомы человека

Таблица хромосом человека с данными о центромерах и размерах.

Хромосома	Центромера позиция (Мбит / с)	Категория	Хромосома Размер (Мбит / с)	Центромера размер (Мбайт)
1	125.0	метацентрический	247.2	7.4
2	93.3	субметацентрический	242.8	6.3
3	91.0	метацентрический	199.4	6.0
4	50.4	субметацентрический	191.3	—
5	48.4	субметацентрический	180.8	—
6	61.0	субметацентрический	170.9	—
7	59.9	субметацентрический	158.8	—
8	45.6	субметацентрический	146.3	—
9	49.0	субметацентрический	140.4	—
10	40.2	субметацентрический	135.4	—
11	53.7	субметацентрический	134.5	—
12	35.8	субметацентрический	132.3	—
13	17.9	акроцентрический	114.1	—
14	17.6	акроцентрический	106.3	—
15	19.0	акроцентрический	100.3	—
16	36.6	метацентрический	88.8	—
17	24.0	субметацентрический	78.7	—
18	17.2	субметацентрический	76.1	—
19	26.5	метацентрический	63.8	—
20	27.5	метацентрический	62.4	—
21	13.2	акроцентрический	46.9	—
22	14.7	акроцентрический	49.5	—
Икс	60.6	субметацентрический	154.9	—
Y	12.5	акроцентрический	57.7	—

Последовательность

Есть два типа центромер. [27] В региональных центромерах ДНК последовательности вносят вклад в функцию, но не определяют ее. Региональные центромеры содержат большое количество ДНК и часто упаковываются в гетерохроматин. В большинстве эукариотыпоследовательность ДНК центромеры состоит из больших массивов повторяющейся ДНК (например, спутниковая ДНК), где последовательность в отдельных повторяющихся элементах аналогична, но не идентична. У человека первичная центромерная повторяющаяся единица называется α-сателлитом (или альфоидом), хотя в этой области обнаруживается ряд других типов последовательностей. [28]

Точечные центромеры меньше и компактнее. Последовательности ДНК необходимы и достаточны для определения идентичности и функции центромеры у организмов с точечными центромерами. У почкующихся дрожжей область центромеры относительно мала (около 125 п.н. ДНК) и содержит две высококонсервативные последовательности ДНК, которые служат сайтами связывания для основных кинетохора белки. [28]

Наследование

Поскольку центромерная последовательность ДНК не является ключевым детерминантом центромерной идентичности в многоклеточные животныесчитается, что эпигенетическая наследственность играет важную роль в определении центромеры. [29] Дочерние хромосомы будут собирать центромеры в том же месте, что и родительская хромосома, независимо от последовательности. Было высказано предположение, что вариант гистона H3 CENP-A (Центромерный протеин А) - эпигенетическая метка центромеры. [30] Возникает вопрос, должен ли существовать какой-то оригинальный способ спецификации центромеры, даже если он впоследствии будет размножен эпигенетически. Если центромера наследуется эпигенетически от одного поколения к другому, проблема отодвигается назад к происхождению первых многоклеточных животных.

Структура

Центромерная ДНК обычно находится в гетерохроматин государство, что важно для набора когезин комплекс, который обеспечивает сцепление сестринских хроматид после репликации ДНК, а также координирует разделение сестринских хроматид во время анафазы. В этом хроматине нормальный гистон H3 заменен центромер-специфическим вариантом CENP-A у человека. [31] Считается, что присутствие CENP-A важно для сборки кинетохоры на центромере. Было показано, что CENP-C локализуется почти исключительно в этих областях CENP-A-ассоциированного хроматина. В клетках человека гистоны наиболее обогащены H4K20me3 и H3K9me3 [32] которые являются известными гетерохроматическими модификациями. У Drosophila островки ретроэлементов являются основными компонентами центромер. [33]

Центромерные аберрации

В редких случаях неоцентромеры могут образовываться на новых участках хромосомы в результате репозиции центромеры. Это явление наиболее хорошо известно из клинических исследований на людях, и в настоящее время известно более 90 неоцентромеров человека, идентифицированных на 20 различных хромосомах. [35] [36] Образование неоцентромеры должно быть связано с инактивацией предыдущей центромеры, поскольку хромосомы с двумя функциональными центромерами (Дицентрическая хромосома) приведет к поломке хромосом во время митоза. В некоторых необычных случаях неоцентромеры человека спонтанно образуются на фрагментированных хромосомах. Некоторые из этих новых позиций изначально были эухроматическими и вообще лишены альфа-сателлитной ДНК. Неоцентромеры Отсутствие повторяющейся структуры, наблюдаемой в нормальных центромерах, что позволяет предположить, что образование центромер в основном контролируется эпигенетически. [37] [38] Со временем неоцентромера может накапливать повторяющиеся элементы и превращаться в то, что известно как эволюционная новая центромера. Есть несколько хорошо известных примеров в хромосомах приматов, где положение центромеры отличается от центромеры человека той же самой хромосомы и считается эволюционно новыми центромерами. [37] Было высказано предположение, что репозиционирование центромер и формирование новых эволюционных центромер является механизмом видообразование. [39]

Центромерные белки также являются аутоантигенной мишенью для некоторых антиядерные антитела, Такие как антицентромерные антитела.

Дисфункция и болезнь

Известно, что неправильная регуляция центромер способствует неправильной сегрегации хромосом, что сильно связано с раком и абортом. Примечательно, что сверхэкспрессия многих центромерных генов связана со злокачественными фенотипами рака. Сверхэкспрессия этих центромерных генов может увеличивать геномную нестабильность при раке. Повышенная геномная нестабильность, с одной стороны, связана со злокачественными фенотипами; с другой стороны, он делает опухолевые клетки более уязвимыми для специфических адъювантных методов лечения, таких как определенные виды химиотерапии и лучевая терапия. [40] Нестабильность повторяющейся ДНК центромеры была недавно показана при раке и старении. [41]

Этимология и произношение

Читайте также: