• Для правильной сегрегации хромосом необходимо их правильное прикрепление к веретену
• Прикрепление происходит на кинетохорах, где хромосомы взаимодействуют с микротрубочками веретена
• Центромера представляет собой место, где на каждой хромосоме образуются два кинетохора
• Каждая хромосома обладает одной центромерной областью
• В центромерах не располагаются гены, и они состоят из высокоспециализированных повторяющихся участков ДНК, которые связывают специфический набор белков
Одним из наиболее критических событий митоза является правильное прикрепление хромосом к веретену. Неправильное их прикрепление приводит к ошибкам сегрегации и представляет собой потенциальную опасность для организма. Надежность процесса прикрепления во многом обеспечивается кинетохорами, небольшими структурами, имеющимися на каждой хромосоме, которая необходима для взаимодействия с микротрубочками.
Прикрепление хромосом к веретену происходит с участием центромеры, области на каждой хромосоме, необходимой для протекания этого процесса. Центромера хорошо видна в световом микроскопе как перетяжка, расположенная на конденсированной хромосоме. Эта перетяжка обусловливает характерную форму митотической хромосомы.
В зависимости от хромосомы, центромера может располагаться в середине хромосомы (метацентрически), у конца (акроцентри-чески) или между этими позициями (субметацентрически). Положение центромеры в хромосоме не меняется.
Электронная микрофотография, демонстрирующая основные структурные элементы митотического веретена.
Крупные пучки микротрубочек соединяют каждую центросому с кинетохорами на хромосомах.
В центре фотографии кинетохоры, помеченные стрелками, иллюстрируют, что два кинетохора на хромосоме обращены к противоположным полюсам веретена.
По составу область центромеры отличается от остальной части хромосомы. В ней находится мало генов или вообще они отсутствуют, и она почти исключительно состоит из высокоповторяющихся последовательностей ДНК, которые называются а-сателлитными повторами, или сателлитной ДНК. С этими последовательностями связана группа уникальных белков, которые называются центромерными белками (или CENPs).
Они включают CENP-A, представляющий собой измененную форму гистона Н3; CENP-B и CENP-G, которые участвуют в упаковке сателлитной ДНК, и CENP-C, функция которого неизвестна. Большинство этих белков выполняет структурные функции, связываясь с повторяющимися последовательностями и организуя их в компактную форму, которая называется гетерохроматин и присутствует только в хромосомах.
Наряду с CENP в области центромеры находятся также другие белки, которые называются хромосомные пассажиры. Эти белки необычны в том отношении, что в ходе митоза они изменяют свою локализацию. В отличие от CENP, которые остаются в области центромеры в течение митоза, белки-пассажиры находятся там в профазе и в метафазе, но в начале анафазы перемещаются на микротрубочки между двумя группами расходящихся хромосом. Все до сих пор известные белки-пассажиры, по-видимому, образуют в центромерной области общий комплекс, включающий киназу Aurora В, фермент, инактивация которого вызывает глубокие нарушения организации веретена.
Этот комплекс играет важную роль в коррекции ошибочного прикрепления кинетохора в начале митоза, причем он должен выполнять эту функцию, пока находится в центромере. Предполагают, что гораздо позже, после того как комплекс переместился на микротрубочки в средней области веретена, он принимает участие в цитокинезе.
Наряду с CENPs и белками-пассажирами, в области центромеры также содержатся кинезин-подобные белки. В отличие от большинства представителей группы кинезинов, которые перемещаются по боковым сторонам микротрубочек, эти белки стимулируют разборку плюс-концов микротрубочек. Последние данные позволяют предполагать, что этот белковый мотор вместе со своим активатором киназы Aurora участвует в коррекции процесса прикрепления кинетохора к веретену.
По-видимому, наиболее важная функция центромеры заключается в организации кинетохоров на хромосоме. Кинетохоры представляют собой весьма своеобразные структуры, и поверхность каждой центромеры приспособлена для их сборки. Они крайне малы по сравнению с хромосомой, и их форму и детали строения можно видеть лишь с помощью электронного микроскопа. Каждая центромера образует два кинетохора, которые располагаются точно на противоположных сторонах хромосомы.
Кинетохоры являются тем местом, которым хромосомы связываются с веретеном, и их точное расположение на каждой хромосоме относительно друг друга чрезвычайно важно для успешного прохождения митоза.
Нити кинетохора, прикрепленные к сестринским хроматидам.
Окрашивание иммунофлуоресцентным методом (слева) и фотография, сделанная в электронном микроскопе (в центре и справа).
Последовательность событий мейоза включает два клеточных деления.
При первом делении происходит разделение гомологичных хромосом,
при втором разделяются индивидуальные хроматиды (каждой хромосомы).
При митозе происходит только разделение хроматид.
