CENTROMÉRA: POJMY, CHARAKTERISTIKA, POZICE, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Tyto centromery jsou základním chromozomální struktury, které drží pohromadě sesterské chromatidy během buněčného dělení. Kromě toho se jedná o místo, kde se mikrotubuly vřetena spojují, aby oddělily chromozomy na konci buněčného dělení.

Centromery byly poprvé popsány v roce 1882 lékařem a výzkumníkem Waltherem Flemmingem (1843-1905), když provedl podrobnou charakterizaci buněčného dělení.

Základní struktura chromozomu, s centromérou uprostřed. Zdroj: lifeder.com

Centromery jsou také známé jako „adhezní oblasti“ nebo „kinetochores“. Nyní je však známo, že se jedná o vazebná místa komplexu DNA a proteinů, které tvoří kinetochore.

Koncepty

Funkce centromery u všech živých bytostí je stejná, ale každý druh vykazuje jedinečné vlastnosti a mohou existovat interspecifické rozdíly, pokud jde o strukturu, velikost a složitost.

Grafické znázornění lidské centromery (Zdroj: Silvia3 prostřednictvím Wikimedia Commons) DNA, která je součástí centromerů, podléhá neustálým změnám (vyvíjí se), což znamená, že mezi druhy jsou nalezeny významné rozdíly, i když jsou evolučně velmi blízké.

Pro vědce není studium centromery snadným úkolem, protože v rostlinách a zvířatech jsou tyto „struktury“ nebo „regiony“ obsaženy v částech družicového genomu (vysoce se opakující), což ztěžuje mapování pomocí technik konvenční sekvenování.

Mutace v centromerické oblasti mají na člověka vážné fyziologické důsledky. Abnormality ve struktuře a funkcích jsou smrtelné nebo spojené s vrozenými a získanými nemocemi, s rakovinou, neplodností a porodními poruchami.

Charakteristiky centromery

Centromery jsou části chromozomů, které obsahují vysoce opakující se oblasti DNA ve formě heterochromatinu. Tyto oblasti se specializují na připojení a segregaci sesterských chromatidů během dělení buněk.

Obecně centromery obsahují nejstarší sekvence DNA, uspořádané postupně a blízko hranice mezi heterochromatinem a euchromatinem, tj. Centromery jsou vysoce heterochromatické oblasti.

Centromerické sekvence jsou pravidelně klasifikovány do dvou typů: satelitní DNA a transponovatelné prvky. Oba typy sekvencí představují většinu DNA obsažené v centromerech.

Organizace DNA v centromerických oblastech různých druhů (Zdroj: Gouttegd přes Wikimedia Commons) V současnosti jsou centromery považovány za komplexní struktury složené z genomické DNA, která je podrobena různým epigenetickým procesům.

Protože centromery jsou chromatinovou částí chromozomů, jsou tvořeny komplexem DNA a histonových proteinů, které upřednostňují jejich „balení“.

Nukleozomy centromerických oblastí však nemají protein histonu H3; místo toho mají variantu, kterou odborníci v oboru identifikovali jako, což je specifické pro centromeru.

Tento protein podobný histonu se mezi různými druhy značně liší. U savců se to nazývá CENP-A, u členovců se nazývá CID a u hub a kvasinek se nazývá Cse4.

Díky specifickým rozdílům proteinu CENH3 v centromerech se jeho vlastnosti a vlastnosti používají k identifikaci druhů, zejména centromerické oblasti v chromozomech.

Pozice

Umístění centromery na chromozomech je v karyotypech vizualizováno jako „zúžení“, které se obecně nazývá „primární zúžení“.

U některých organismů nejsou centromery v jedné oblasti, ale jsou spíše „rozptýlené“, takže se vlákna vřetena mohou spojovat podél celého chromozomu. Tyto chromozomy jsou známé jako difúzní centromery.

Schéma holocentrického nebo difuzního chromozomu centromery a jiného metacentrického chromozomu (také známého jako „monocentrický“, protože mají pouze jeden centromer) (Zdroj: Mandrioli & Manicardi přes Wikimedia Commons) Poloha centromery označuje tvar, který bude chromozom nabrat během dělení jádra. Je-li centroméra ve středu chromozomu, bude mít tvar „V“, protože je segregován směrem k opačným pólům dělicí buňky.

Naopak, pokud je centromera blízko jednoho z konců chromozomu, bude mít při oddělení od svého sesterského chromatidu tvar „J“ během segregace. Podobně, pokud je centroméra umístěna na koncích chromozomu, separace poskytne vzhled „tuhé tyčinky“.

Je důležité zmínit, že poloha centromery na chromozomu ukazuje vztah mezi délkami jejích dvou ramen (krátkým nebo „p“ a dlouhým nebo „q“). Tento vztah je zcela specifický pro každý typ chromozomu.

Podle polohy centromery jsou rozpoznávány tři typy chromozomů:

Typy chromozomů a umístění centromery. A: krátké rameno (p). B: centroméra. C. Dlouhá paže (q). D: sestra chromatid. I-Telocentric: centroméra je blízko vrcholu. Ruce p poněkud viditelné. II-Acrocentric: q ramena jsou delší než ramena p, ale jsou delší než u telocentik. III - submetacentrické: ramena p a q mají podobnou délku, ale nejsou stejná. IV-metacentrické: ramena q a p mají stejnou délku. Fockey003

Telocentrické chromozomy

Tyto chromozomy mají centromeru na konci jednoho ze dvou chromatinových „ramen“. Jsou to ty, které se pohybují ve formě tuhých tyčí během segregace směrem k pólu při dělení buněk.

Acrocentric chromozomy

U tohoto typu chromozomů se ukazuje, že centroméra je posunuta více k jednomu z konců než k druhému. Když se buňka dělí a chromozomy se oddělují, acrocentrické chromozomy jsou ty, které získají tvar „J“.

Metacentrické chromozomy

Metacentrické chromozomy mají centromery umístěné ve středu chromozomu, oddělující dvě ramena stejné délky. Vzhledem k umístění jejich centromery se metacentrické chromozomy sekretují ve tvaru V během anafázy buněčného dělení.

Funkce

Centromery jsou univerzální prostředky pro účinnou sekreci chromozomů ve všech eukaryotických organismech. Jsou připojovacími místy pro mikrotubuly, které vyvíjejí přesnou mechanickou sílu k oddělení chromozomů nebo chromatidů během meiózy nebo mitózy.

Specifické funkce centromery jsou adheze a separace sesterských chromatidů, fixace mikrotubulů, pohyb chromozomů během segregace směrem k dceřiným buňkám, zřízení heterochromatinu a navíc představují kontrolní bod mitóza.

U savců se proteiny podobné CENP nacházejí v heterochromatinu centromery. Mohou to být tři typy CENP-A, CENP-B a CENP-C, z nichž všechny se účastní montáže kinetochore.

Nepřítomnost proteinu CENP-C může způsobit vážné chyby v segregaci chromozomů, protože se jedná o protein, který má vlastnosti vázající se na DNA a „samo-asociace“ a je přímo spojen se segregací chromozomy a poruchy kinetochore.

V současné době je známo, že některé oblasti centromer jsou transkripčně aktivní. Tyto kódují malé interferenční RNA, které se účastní transkripčního umlčení některých oblastí genomu.

Tyto malé dvojpásmové RNA transkripty z pericentromerických oblastí jsou nezbytné pro sestavení heterochromatinu a jsou transkripčními oblastmi, které regulují kroky před buněčným dělením.

Reference

1. Choo, KA (1997). Centromera (svazek 320). Oxford: Oxford University Press.
2. Fincham, JRS (2001). Centromere.
3. Fukagawa, T. a Earnshaw, WC (2014). Nadace centroméra: chromatin pro kinetochore. Vývojová buňka, 30 (5), 496-508.
4. Henikoff, S., Ahmad, K., & Malik, HS (2001). Paradox centromery: stabilní dědičnost s rychle se vyvíjející DNA. Science, 293 (5532), 1098-1102.
5. Plohl, M., Meštrović, N., & Mravinac, B. (2014). Identita centromeru z pohledu DNA. Chromosome, 123 (4), 313-325.
6. Westhorpe, FG a Straight, AF (2015). Centroméra: epigenetická kontrola segregace chromozomů během mitózy. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 7 (1), a015818.