CENTROMERE: POJMI, ZNAČILNOSTI, POLOŽAJ, FUNKCIJA - BIOLOGIJA - 2025

V centromerov so temeljni kromosomske strukture, ki imajo skupaj v sestrskih kromatid med delitvijo celic. Poleg tega so na tem mestu mikrotubuli vretena, ki ločujejo kromosome na koncu celične delitve.

Centromeres je leta 1882 prvič opisal zdravnik in raziskovalec Walther Flemming (1843-1905), ko je izvedel podrobno karakterizacijo delitve celic.

Osnovna zgradba kromosoma s središčem v sredini. Vir: lifeder.com

Centromere so znane tudi kot "adhezijske regije" ali "kinetohore." Vendar je zdaj znano, da gre za vezna mesta kompleksa DNK in beljakovin, ki tvorijo kinetohoro.

Koncepti

Funkcija centromera pri vseh živih bitjih je enaka, vendar vsaka vrsta kaže edinstvene značilnosti in lahko pride do medvrstnih razlik v strukturi, velikosti in zahtevnosti.

Grafični prikaz človeškega centromera (Vir: Silvia3 via Wikimedia Commons) DNK, ki je del centromerov, se stalno spreminja (razvija), kar pomeni, da obstajajo pomembne razlike med vrstami, tudi če so te evolucijsko zelo blizu.

Za znanstvenike preučevanje centromerja ni lahka naloga, saj so pri rastlinah in živalih te "strukture" ali "regije" vsebovane v delih genoma satelitskega tipa (zelo ponavljajoče se), zato je težko preslikati z uporabo tehnik konvencionalno zaporedje

Mutacije v centromerni regiji imajo resne fiziološke posledice pri človeku. Nenormalnosti v njegovi strukturi in funkcijah so smrtonosne ali povezane s prirojenimi in pridobljenimi boleznimi, z rakom, neplodnostjo in porodnimi motnjami.

Značilnosti centromera

Centromeri so deli kromosomov, ki vsebujejo zelo ponavljajoče se predele DNA v obliki heterokromatina. Te regije so specializirane za pritrditev in segregacijo sestrskih kromatid med celično delitvijo.

Na splošno centromere vsebujejo najstarejša zaporedja DNK, zaporedoma zaporedoma in blizu meje med heterokromatinom in evkromatinom, to je, da so centromeri izrazito heterokromatična področja.

Centromerne sekvence redno razvrščamo v dve vrsti: satelitsko DNK in prenosne elemente. Obe vrsti zaporedja predstavljata večino DNK, ki ga vsebuje centromeres.

Organizacija DNK v centromernih regijah različnih vrst (Vir: Gouttegd via Wikimedia Commons) Centromeri trenutno veljajo za kompleksne strukture, sestavljene iz genomske DNK, ki je podvržena različnim epigenetskim procesom.

Ker so centromi kromatinski del kromosomov, jih sestavlja kompleks DNA in histonskih beljakovin, ki daje prednost njihovemu "pakiranju".

Vendar nukleosomi centromernih regij nimajo proteina histona H3; namesto tega imajo različico, za katero so se opredelili strokovnjaki, ki je specifična za centromere.

Ta histonu podobna beljakovina se med različnimi vrstami precej razlikuje. Pri sesalcih je to znano kot CENP-A, pri členonožcih se imenuje CID, v glivah in kvasovkah pa se imenuje Cse4.

Zahvaljujoč specifičnim razlikam proteina CENH3 v centromerih se njegove lastnosti in lastnosti uporabljajo za identifikacijo vrst, zlasti centromernega območja v kromosomih.

Položaj

Položaj centromerja na kromosomih se v kariotipih predstavlja kot "zoženje", ki ga običajno imenujemo "primarna zožitev".

V nekaterih organizmih centromere ne najdemo v enem območju, temveč so "razpršene", tako da se lahko vlakna vretena združijo vzdolž celotnega kromosoma. Ti kromosomi so znani kot difuzni centromere.

Shema holocentričnega ali difuznega kromosoma centromera in drugega metacentričnega kromosoma (znan tudi kot monocentrični, ker imajo samo en centromere) (Vir: Mandrioli & Manicardi via Wikimedia Commons) Položaj centromera označuje obliko, ki jo bo kromosom prevzel med delitvijo jedra. Če je središčni center na sredini točke kromosoma, bo imel obliko "V", če je ločen proti nasprotnim polovam delitvene celice.

Nasprotno, če je centromere blizu enega od koncev kromosoma, bo ta, če je ločen od sestrskega kromatida, med segregacijo imel obliko "J". Prav tako, če je centromere nameščen na koncih kromosoma, bo ločitev dobila "togo palico".

Pomembno je omeniti, da položaj centromera na kromosomu kaže na razmerje med dolžinama obeh krakov (kratke ali "p" in dolge ali "q"). To razmerje je za vsako vrsto kromosoma precej specifično.

Glede na položaj centromera prepoznamo tri vrste kromosomov:

Vrste kromosomov in lokacija centromera. O: kratka roka (p). B: centromere. C. Dolga roka (q). D: sestrski kromatid. I-telocentrični: centromere je blizu vrha. Roke p nekoliko vidne. II-akrocentrični: q roke so daljše od p ročk, vendar so daljše kot pri telocentrikih. III-Submetacentrični: kraki p in q sta po dolžini podobni, vendar nista enaki. IV-Metacentrični: q in p roke enake dolžine. Fockey003

Telocentrični kromosomi

Ti kromosomi imajo centromere na koncu ene od obeh ročic kromatina. So tisti, ki se med segregacijo v obliki toge palice premikajo proti polovam v celični delitvi.

Akrocentrični kromosomi

Pri tej vrsti kromosomov se kaže, da je centromere premaknjen bolj proti enemu od koncev kot proti drugemu. Ko se celica deli in kromosomi ločijo, so akrocentrični kromosomi tisti, ki dobijo "J" obliko.

Metacentrični kromosomi

Metacentrični kromosomi imajo centromere, ki se nahajajo v celotnem središču kromosoma in ločujejo dve kraki enake dolžine. Metacentrični kromosomi se med anafazo celične delitve zaradi lokacije njihovega centromera izločijo v V obliko.

Funkcija

Centromeres je univerzalno sredstvo za učinkovito izločanje kromosomov pri vseh evkariontskih organizmih. So mesta pritrditve mikrotubul, ki izvajajo natančno mehansko silo, da ločijo kromosome ali kromatide med mejozo ali mitozo.

Specifične funkcije centromerja so adhezija in ločitev sestrskih kromatid, fiksacija mikrotubul, premik kromosomov med segregacijo do hčerinskih celic, vzpostavitev heterokromatina in poleg tega predstavljajo kontrolno točko mitoza.

Pri sesalcih najdemo CENP podobne beljakovine v centromere heterokromatinu. To so lahko tri vrste CENP-A, CENP-B in CENP-C, vsi pa sodelujejo pri sestavljanju kinetohora.

Odsotnost proteina CENP-C lahko povzroči resne napake pri ločevanju kromosomov, saj je to protein, ki ima lastnosti vezave DNA in "samo-asociacije" in je neposredno povezan s segregacijo kromosomi in okvara kinetohora.

Trenutno je znano, da so nekatere regije centromerov transkripcijsko aktivne. Te kodirajo majhne interferenčne RNA, ki sodelujejo pri transkripcijskem utišanju nekaterih regij genoma.

Ti majhni dvopasovni prepisi RNA iz pericentromernih regij so bistveni za sestavljanje heterokromatina in so območja transkripcije za uravnavanje korakov pred delitvijo celic.

Reference

1. Choo, KA (1997). Centromere (letnik 320). Oxford: Oxford University Press.
2. Fincham, JRS (2001). Centromere.
3. Fukagawa, T., & Earnshaw, WC (2014). Centromere: kromatinska podlaga za stroje za kinetohore. Razvojna celica, 30 (5), 496-508.
4. Henikoff, S., Ahmad, K., & Malik, HS (2001). Paradoks centromere: stabilno dedovanje s hitro razvijajočo se DNK. Znanost, 293 (5532), 1098-1102.
5. Plohl, M., Meštrović, N., & Mravinac, B. (2014). Centromere identiteta z vidika DNK. Kromosom, 123 (4), 313–325.
6. Westhorpe, FG in Straight, AF (2015). Centromere: epigenetska kontrola segregacije kromosomov med mitozo. Perspektive hladne pomladne luke v biologiji, 7 (1), a015818.