• В начале митоза кинетохоры изменяются, образуя на поверхности центромеры плоскую структуру
• Для неприкрепившихся кинетохоров характерно наличие фибрилл, отходящих от их поверхности (корона). Эти фибриллы содержат много белков, которые взаимодействуют с микротрубочками.
• Корона обеспечивает фиксацию микротрубочки кинетохором
С каждой центромерой связаны два «сестринских» кинетохора, расположенные «спиной» друг к другу. Таким образом, они находятся на противоположных участках центромеры и обращены в противоположные стороны. Такое расположение кинетохоров обеспечивает каждому из них связывание только с одним полюсом, а также то, что каждый из них свяжется со своим полюсом.
В случае если хромосома способна к такому правильному биполярному связыванию, сестринские хроматиды будут двигаться только к противоположным полюсам веретена. Структура и состав кинетохоров сложны и меняются на протяжении клеточного цикла и в ходе митоза.
До самого начала 1980-х гг. состав кинетохора оставался тайной. В это время в крови некоторых больных с иммунофлуоресцентного анализа с использованием этих антител показали наличие в ядрах интерфазных клеток с реплицированными хромосомами флуоресцирующих точек, близко расположенных друг к другу. Число пар точек в каждом ядре совпадало с числом хромосом. С помощью этих антител в интерфазных клетках были идентифицированы структурные предшественники, из которых в митозе формировались кинетохоры.
Эти «прекинетохоры» содержали некоторые CENP и в электронном микроскопе выглядели как сферические образования, состоящие из плотно упакованного фибриллярного материала, заключенного в гетерохроматин центромеры. При вхождении клетки в митоз и начале конденсации хромосом в прекинетохоре появляются дополнительные компоненты.
Кинетохоры в клетке кенгуровой крысы в профазе (слева) и в прометафазе (справа).
У прометафазного кинетохора присоединенные микротрубочки отсутствуют, поскольку перед приготовлением препарата для микроскопии сборка микротрубочек в клетке была заблокирована.
Форма кинетохора меняется от шарообразной в профазе, до плоской в прометафазе.
Еще больше разных компонентов появляется в прекинетохоре, когда разрушается оболочка ядра, в результате чего он изменяется. Сферическая масса фибрилл, характерная для профазного прекинетохора, замещается очень тонкой (50-75 нм толщины) круглой или иногда прямоугольной фиброзной пластинкой или «подстилкой», расположенной на поверхности центромеры.
Диаметр этой новой формы кинетохора обычно составляет 0,2-0,5 мкм, хотя он значительно варьирует даже для разных хромосом одной клетки. (Для сравнения отметим, что диаметр микротрубочки составляет около 0,025 мкм, а длина митотической хромосомы может достигать 40 мкм.) На поверхности центромеры, в месте прикрепления подстилки, находятся несколько белков, играющих важную роль в контроле сборки пластинки, включая CENP-А и CENP-C.
Когда кинетохоры не прикреплены к микротрубочкам, видно, что от наружной поверхности подстилки распространяется плотная сеть тонких фибрилл. Вся эта сеть в совокупности называется материал короны. Она содержит несколько белков, играющих важную роль в функционировании кинетохора. Среди них цитоплазматический динеин (моторный белок, осуществляющий транспорт по микротрубочкам в сторону их минус-конца), CENP-E (представитель группы кинезинов и мотор транспорта к плюс-концу микротрубочек), а также несколько дополнительных белков, способствующих прикреплению микротрубочек к кинетохору, включая, по крайней мере, один из белков +TIP.
Наряду с этим, в короне также содержатся несколько компонентов контрольной точки клеточного цикла, ответственной за сборку веретена. Большинство белков, обнаруженных в короне, связаны с ней динамическими связями, т. е. они постоянно диссоциируют и присоединяются снова. Такой постоянный оборот белков делает корону структурой, постоянно находящейся в состоянии динамического равновесия. Ее общая форма и состав сохраняются, однако индивидуальные компоненты постоянно меняются.
Функция короны отчасти состоит в обеспечении захвата микротрубочки кинетохором. Наличие короны на ранних стадиях митоза сильно увеличивает площадь поверхности кинетохора в период образования веретена и когда с ним должны связаться хромосомы. Присутствие в короне моторных и других белков, которые связываются с микротрубочками, ускоряет процесс связывания за счет увеличения поверхности вокруг каждого кинетохора. Эта поверхность, подобно липучке для мух, способна схватывать и удерживать микротрубочки.
По мере того как кинетохор присоединяет микротрубочки и связывается с веретеном, многие компоненты короны начинают диссоциировать и/или происходит их перераспределение. В это же время также снижается количество белковых моторов, связанных с кинетохором. Однако, если с помощью химических препаратов удалить микротрубочки, связанные с кинтохором, эти белки появляются снова.
На рисунке ниже представлены состав и роль различных структурных элементов кинетохора. Число различных белков, входящих в каждый элемент, иллюстрирует всю сложность структуры кинетохора. Отметим, что во всех структурных элементах присутствуют белки, взаимодействующие с микротрубочками.
Функции различных участков кинетохора клеток позвоночных.
Число различных белков в каждой части кинетохора является показателем сложности его структуры.
