Хромосомная сегрегация

редактировать

Хромосомная сегрегация - это процесс в эукариотах, с помощью которого две сестринские хроматиды образованные в результате репликации ДНК, или парные гомологичные хромосомы, отделяются друг от друга и мигрируют к противоположным полюсам ядра ядра. Этот процесс сегрегации происходит как во время митоза, так и во время мейоза. Сегрегация хромосом также происходит у прокариот. Однако, в отличие от эукариотической сегрегации хромосом, репликация и сегрегация не разделены во времени. Вместо этого сегрегация происходит постепенно после репликации.

Содержание

  • 1 Сегрегация митотических хроматид
  • 2 Мейотическая хромосома и сегрегация хроматид
  • 3 Кроссоверы облегчают сегрегацию, но не являются существенными
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки

Митотическая сегрегация хроматид

Митоз делит хромосомы в клеточном ядре.

Во время митоза сегрегация хромосом обычно происходит как этап деления клетки (см. Митоз диаграмму). Как показано на диаграмме митоза, митозу предшествует цикл репликации ДНК, так что каждая хромосома образует две копии, называемые хроматидами. Эти хроматиды разделяются на противоположные полюса, этому процессу способствует белковый комплекс, называемый когезин. После надлежащего разделения полный набор хроматид оказывается в каждом из двух ядер, а когда деление клетки завершается, каждая копия ДНК, ранее называвшаяся хроматидой, теперь называется хромосомой.

Мейотическая хромосома и сегрегация хроматид

Во время мейоза сегрегация хромосом происходит на двух отдельных стадиях, называемых анафазой I и анафазой II (см. диаграмму мейоза). В диплоидной клетке есть два набора гомологичных хромосом разного родительского происхождения (например, отцовский и материнский набор). Во время фазы мейоза, обозначенной на диаграмме мейоза «интерфаза s», происходит цикл репликации ДНК, так что каждая из изначально присутствующих хромосом теперь состоит из двух копий, называемых хроматидами. Эти хромосомы (парные хроматиды) затем соединяются с гомологичной хромосомой (также парными хроматидами), присутствующей в том же ядре (см. Профазу I на диаграмме мейоза). Процесс выравнивания парных гомологичных хромосом называется синапсисом (см. Synapsis ). Во время синапсиса обычно происходит генетическая рекомбинация. Некоторые из событий рекомбинации происходят в результате кроссинговера (включая физический обмен между двумя хроматидами), но большинство событий рекомбинации связаны с обменом информацией, но не физическим обменом между двумя хроматидами (см. Зависящий от синтеза отжиг цепи (SDSA) ). После рекомбинации происходит сегрегация хромосом, на что указывают стадии метафазы I и анафазы I на диаграмме мейоза.

Различные пары хромосом разделяются независимо друг от друга, процесс, называемый «независимый набор негомологичных хромосом». В результате этого процесса каждая гамета обычно содержит смесь хромосом от обоих первоначальных родителей.

Неправильная сегрегация хромосом может привести к анеуплоидным гаметам, имеющим либо слишком мало, либо слишком много хромосом.

Вторая стадия, на которой происходит сегрегация во время мейоза, - это профаза II (см. Диаграмму мейоза). Во время этой стадии сегрегация происходит посредством процесса, аналогичного процессу митоза, за исключением того, что в этом случае профазе II не предшествует цикл репликации ДНК. Таким образом, две хроматиды, составляющие каждую хромосому, разделяются на разные ядра, так что каждое ядро ​​получает один набор хроматид (теперь называемых хромосомами), и каждое ядро ​​становится включенным в гаплоидную гамету (см. стадии, следующие за профазой II на диаграмме мейоза). Этому процессу сегрегации также способствует cohesin. Нарушение правильной сегрегации во время профазы II также может привести к анеуплоидным гаметам. Анеуплоидные гаметы могут подвергаться оплодотворению с образованием анеуплоидных зигот и, следовательно, иметь серьезные неблагоприятные последствия для потомства.

Кроссоверы облегчают сегрегацию, но не являются существенными.

Диаграмма мейотических фаз Текущая модель мейотической рекомбинации, инициированная двухцепочечным разрывом или разрывом, с последующим спариванием с гомологичной хромосомой и инвазия цепи, чтобы инициировать процесс рекомбинационной репарации. Ремонт разрыва может привести к кроссоверу (CO) или непересечению (NCO) фланкирующих областей. Предполагается, что рекомбинация CO происходит в рамках модели двойного холлидейского соединения (DHJ), показанной справа выше. Считается, что рекомбинанты NCO возникают в основном в рамках модели отжига зависимых цепей от синтеза (SDSA), показанной слева выше. Большинство событий рекомбинации, по-видимому, относятся к типу SDSA.

Мейотический хромосомный кроссовер (CO) рекомбинация способствует правильной сегрегации гомологичных хромосом. Это происходит потому, что в конце мейотической профазы I рекомбинация CO обеспечивает физическую связь, которая удерживает вместе гомологичные пары хромосом. Эти связи устанавливаются хиазмами, которые являются цитологическими проявлениями рекомбинации CO. Вместе с сцеплением сцеплением между сестринскими хроматидами рекомбинация CO может способствовать упорядоченному разделению парных гомологичных хромосом на противоположных полюсах. В подтверждение этого, исследование анеуплоидии в отдельных сперматозоидах методом полногеномного секвенирования показало, что в среднем человеческие сперматозоиды с анеуплоидными аутосомами демонстрируют значительно меньшее количество кроссоверов, чем нормальные клетки. После завершения первой сегрегации хромосом в мейозе I происходит дальнейшая сегрегация хромосом во время второго эквационального деления мейоза II. И правильная начальная сегрегация хромосом в профазе I, и следующая хромосомная сегрегация во время эквационального деления в мейозе II необходимы для генерации гамет с правильным числом хромосом.

Рекомбинанты CO получают способом, включающим образование и разделение промежуточных соединений соединения Холлидея. Как показано на рисунке, озаглавленном «Текущая модель мейотической рекомбинации», образование мейотических кроссоверов может быть инициировано двухцепочечным разрывом (DSB). Для введения DSB в ДНК часто используется топоизомераза -подобный белок SPO11. Рекомбинация CO также может быть инициирована внешними источниками повреждения ДНК, такими как рентгеновское облучение, или внутренними источниками.

Имеются доказательства того, что рекомбинация CO способствует мейотической сегрегации хромосом. Другие исследования, однако, показывают, что хиазма, хотя и является поддерживающей, не является существенной для мейотической сегрегации хромосом. Почкующиеся дрожжи Saccharomyces cerevisiae представляют собой модельный организм, используемый для изучения мейотической рекомбинации. Было обнаружено, что мутанты S. cerevisiae, дефектные по рекомбинации CO на уровне разрешения соединения Холлидея, эффективно подвергаются надлежащей хромосомной сегрегации. Путь, который производит большую часть CO в S. cerevisiae и, возможно, у млекопитающих, включает комплекс белков, включая MLH1 -MLH3 гетеродимер (называемый MutL гамма). MLH1-MLH3 связывается преимущественно с соединениями Холлидея. Это эндонуклеаза, которая делает одноцепочечные разрывы в суперспиральной двухцепочечной ДНК и способствует образованию рекомбинантов CO. Двойные мутанты, удаленные как для MLH3 (основной путь), так и для MMS4 (который необходим для минорного пути разрешения соединений Холлидея), показали резко сниженный кроссинговер по сравнению с диким типом (снижение в 6-17 раз); однако жизнеспособность спор была достаточно высокой (62%), а хромосомная дизъюнкция оказалась в основном функциональной.

MSH4 и MSH5 белки образуют гетероолигомерную структуру (гетеродимер ) у S. cerevisiae и человека. В S. cerevisiae MSH4 и MSH5 действуют специфически для облегчения кроссоверов между гомологичными хромосомами во время мейоза. Комплекс MSH4 / MSH5 связывает и стабилизирует двойные соединения Холлидея и способствует их разделению на продукты кроссовера. Гипоморфный (частично функциональный) мутант S. cerevisiae MSH4 показал 30% -ное снижение числа кроссоверов по всему геному и большое количество мейозов с необменными хромосомами. Тем не менее, этот мутант привел к паттернам жизнеспособности спор, предполагающим, что сегрегация необменных хромосом происходит эффективно. Таким образом, оказывается, что рекомбинация CO облегчает правильную сегрегацию хромосом во время мейоза у S. cerevisiae, но это не существенно.

Делящиеся дрожжи Schizosaccharomyces pombe обладают способностью сегрегировать гомологичные хромосомы в отсутствие мейотической рекомбинации (ахиазматическая сегрегация). Эта способность зависит от мотора микротрубочек динеин, который регулирует движение хромосом к полюсам мейотического веретена.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-15 06:07:08
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте