CENTROMERE: POJMOVI, KARAKTERISTIKE, POLOŽAJ, FUNKCIJA - BIOLOGIJA - 2026

U centromera su temeljni kromosomske strukture koje drže zajedno sestrinske kromatide tijekom stanične diobe. Uz to, to su mjesto na kojem se mikrotubule vretena spajaju radi odvajanja kromosoma na kraju stanične diobe.

Centromeres je 1882. godine prvi opisao liječnik i istraživač Walther Flemming (1843-1905), kada je izvršio detaljnu karakterizaciju diobe stanica.

Osnovna struktura kromosoma, s centromirom u središtu. Izvor: lifeder.com

Centromeres je također poznat i kao "regije adhezije" ili "kinetochores". Međutim, sada je poznato da su to mjesta vezivanja kompleksa DNK i proteina koji tvore kinetokore.

koncepti

Funkcija centromera u svim živim bićima je ista, ali svaka vrsta pokazuje jedinstvene karakteristike, a mogu postojati i interspecifične razlike u strukturi, veličini i složenosti.

Grafički prikaz ljudskog centromera (Izvor: Silvia3 via Wikimedia Commons) DNK koji je dio centromera podliježe stalnim izmjenama (evoluira), što implicira da postoje značajne razlike među vrstama, čak i kad su one evolucijski vrlo bliske.

Za znanstvenike, istraživanje centromera nije lagan zadatak, jer se u biljkama i životinjama ta "struktura" ili "regije" nalaze u dijelovima satelitskog genoma (vrlo ponavljajući), što otežava mapiranje pomoću tehnika konvencionalno sekvenciranje.

Mutacije u centromernoj regiji imaju ozbiljne fiziološke posljedice kod ljudi. Poremećaji u njegovoj strukturi i funkcijama su smrtonosni ili su povezani s urođenim i stečenim bolestima, s rakom, neplodnošću i poremećajima rađanja.

Značajke centromera

Centromeres je dio kromosoma koji sadrže visoko ponavljajuća područja DNA u obliku heterokromatina. Ove regije su specijalizirane za vezanje i segregaciju sestrinskih kromatida tijekom stanične diobe.

Općenito, centromeri sadrže najstarije DNK sekvence, poredane sukcesivno i blizu granice između heterokromatina i eukromatina, to jest, centromeri su visoko heterokromatska područja.

Centromerne sekvence redovito se klasificiraju u dvije vrste: satelitsku DNK i prijenosne elemente. Obje vrste sekvence predstavljaju većinu DNA sadržane u centromerama.

Organizacija DNA u centromernim regijama različitih vrsta (Izvor: Gouttegd via Wikimedia Commons) Centromeri se danas smatraju složenom strukturom sastavljenom od genomske DNK koja je podvrgnuta različitim epigenetskim procesima.

Budući da su centromeri dio kromosoma kromatinom, tvore ih kompleks DNA i histon proteina koji favoriziraju njihovo "pakiranje".

Nukleosomi centromernih regija, međutim, ne posjeduju protein histon H3; umjesto toga, oni imaju varijantu koju su kvalificirani stručnjaci identificirali kao specifičnu za centromere.

Taj protein sličan histonu znatno varira između različitih vrsta. U sisavaca je to poznato kao CENP-A, u člankonožcima se naziva CID, a u gljivicama i kvascima nazvano je Cse4.

Zahvaljujući specifičnim razlikama proteina CENH3 u centromerama, njegove karakteristike i svojstva koriste se za identifikaciju vrsta, posebno centromerne regije u kromosomima.

Položaj

Položaj centromera na kromosomima se u kariotipovima prikazuje kao "sužavanje", što se općenito naziva "primarno suženje".

U nekim organizmima centromeri se ne nalaze u jednoj regiji, već su "difuzni", tako da se vlakna vretena mogu spojiti duž čitavog kromosoma. Ti su kromosomi poznati kao difuzni centromere.

Dijagram holocentričnog ili difuznog kromosoma centromera i drugog metacentričnog kromosoma (također poznat kao monocentrični, budući da imaju samo jedan centrometar) (Izvor: Mandrioli & Manicardi via Wikimedia Commons) Položaj centromera označava oblik koji će kromosom poprimiti tijekom podjele jezgre. Ako je centromera u sredini hromosoma, poprimit će oblik V, jer je odvojen prema suprotnim polovima dijeljenja ćelije.

Suprotno tome, ako se centromera nalazi blizu jednog od krajeva kromosoma, ovaj će oblik, kada se odvoji od sestrinog kromatida, tijekom segregacije imati oblik "J". Isto tako, ako se centromera nalazi na krajevima kromosoma, odvajanje će mu pružiti izgled "krute šipke".

Važno je napomenuti da položaj centromera na kromosomu označava odnos između duljina njegovih dviju krakova (kratkog ili "p" i dugačkog ili "q"). Taj je odnos prilično specifičan za svaku vrstu kromosoma.

Prema položaju centromera prepoznaju se tri vrste kromosoma:

Vrste kromosoma i mjesto centromera. O: kratka ruka (p). B: centromere. C. Duga ruka (q). D: sestra kromatid. I-telocentrični: centromere je blizu vrha. Ruke p pomalo vidljive. II-akrocentrični: q krakovi su duži od p krakova, ali su duži nego u telocentričnim. III-Submetacentrični: ruke p i q slične su duljine, ali nisu jednake. IV-Metacentrični: q i p ruke jednake duljine. Fockey003

Telocentrični kromosomi

Ti kromosomi imaju centromere na kraju jednog od dviju kromatinskih "krakova". Oni su koji se kreću u obliku krutih šipki tijekom segregacije prema polovima u diobi stanica.

Akrocentrični kromosomi

Kod ove vrste kromosoma pokazuje se da je centromera pomaknuta više prema jednom od krajeva nego prema drugom. Kad se stanica podijeli i kromosomi se odvoje, akrocentrični kromosomi su ti koji dobivaju oblik "J".

Metacentrični kromosomi

Metacentrični kromosomi imaju centromere smještene po cijelom središtu kromosoma, razdvajajući dva kraka jednake duljine. Zbog položaja njihovog centromera, metacentrični kromosomi izlučuju se u V oblik tijekom anafaze stanične diobe.

Funkcija

Centromeres je univerzalno sredstvo za učinkovito izlučivanje kromosoma u svim eukariotskim organizmima. Oni su mjesta za pričvršćivanje mikrotubula kako bi izvršili preciznu mehaničku silu za odvajanje kromosoma ili kromatida tijekom mejoze ili mitoze.

Specifične funkcije centromera su prianjanje i odvajanje sestrinskih kromatida, fiksacija mikrotubula, kretanje kromosoma tijekom segregacije prema kćeri, uspostavljanje heterokromatina i, osim toga, predstavljaju kontrolnu točku mitoza.

Kod sisavaca se proteini slični CENP-u nalaze u heterorometanom centromera. To mogu biti tri vrste CENP-A, CENP-B i CENP-C, a svi oni sudjeluju u montaži kinetohora.

Odsustvo proteina CENP-C može uzrokovati ozbiljne pogreške u segregaciji kromosoma, jer je to protein koji ima svojstva vezanja DNA i "samo-povezivanje" i izravno je povezan sa segregacijom kvar kromosoma i kinetohora.

Trenutno je poznato da su neke regije centromera transkriptivno aktivne. Oni kodiraju male interferencijske RNK koji sudjeluju u transkripcijskom prigušivanju nekih regija genoma.

Ovi mali dvostruki transkripti RNA iz pericentromernih područja ključni su za skupljanje heterokromatina i transkripcijska područja za regulaciju koraka prije diobe stanica.

Reference

1. Choo, KA (1997). Centrometar (vol. 320). Oxford: Oxford University Press.
2. Fincham, JRS (2001). Centromere.
3. Fukagawa, T., i Earnshaw, WC (2014). Centromere: kromatinski temelj za kinetochore strojeve. Stanica u razvoju, 30 (5), 496-508.
4. Henikoff, S., Ahmad, K., i Malik, HS (2001). Paradoks centromera: stabilno nasljeđivanje sa brzo razvijajućom DNK. Znanost, 293 (5532), 1098-1102.
5. Plohl, M., Meštrović, N., & Mravinac, B. (2014). Centromere identiteta sa stajališta DNK. Kromosom, 123 (4), 313-325.
6. Westhorpe, FG i Straight, AF (2015). Centromere: epigenetska kontrola segregacije kromosoma tijekom mitoze. Perspektive Cold Spring Harbor iz biologije, 7 (1), a015818.