Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 411
Текст из файла (страница 411)
Если с помощью микроманипулятора перенести хромосомы первого деления мейоза на веретено второго деления мейоза, то они продолжают вести себя так же, как и раньше. Это свидетельствует о том, что особое поведение хромосом в первом лслении обусловлено самими хромосомами, а не веретеном деления или какими- либо другими цитоплазматическими факторами. За поведение хромосом в мейозе огвечают специальные белки, связанные с ними, а также белки, участвующие в клеточных делениях обоих типов. К примеру, специфичные для мейоза белковые комплексы связываются с двумя кинетохорами на каждом гомологе и обеспечивав н надежное связывание сестринских хроматид с микротрубочками, отходящими 19б4 ':пастьб 'Щ)етк~з в контейсте'йхсовок))проели инетохор кинетохорная микротрубочка когезиновый лекс центромера гаплоидные дочерние клетки когезиновые комплексы тохор / храматида метАФАВА ! АМАФАзА ! метАФАзА в АгчАФАВА г! телОФАзА и когезиновый комплекс диплоидные дочерние клетки , хроматида центромера хорные микротрубочки кинетохор метАФАВА А)ЧАФАЗА тепОФАзА Рис.
21.12. Поведение хромосом в мейозе ), мейозе й и митоэе. Хромосомы ведут себя сходным образом в мнтозе и мейоэе й, но их поведение в мейозе ! сильно отличается. о) В мейозе ! кннетохоры двух сестринских хроматид каждой гомолагичной хромосомы расположены в области центромеры рядом друг с другом и соединены с микротрубочками веретена, откадящими от одного и того же клеточного полюса. В анафаэе ! протеолиз когезиновых комплексов разделяет плечи сеаринских хроматид, аразрешаетэ кроссинговеры и позволяет удвоившимся хромосомам разойтись.
Прн этом остаточные когезиновые комплексы скрепляют хроматиды в области центромер. В анафазе )! расщепляются и эти остаточные комплексы, в результате чего хроматиды расходятся. б) В митозе, напротив, кинетохоры сестринских хроматид прикрепляются к микротрубочкам, идущим от разных полюсов клетки, поэтому в начале анафазы хроматиды расходятся и в итоге попадают в разные дочерние клетки (см.
главу 17). от одного и того же полюса веретена. Другие связанные с кинетохорами белки, под названием шугошины, не дают сестринским хроматидам разойтись в анафазе 1, когда протеолитический фермент сепараза (см. главу 17) расщепляет когезиновые комплексы между плечами хроматид. Возможно, шугошины защищают когезиновые комплексы в области центромер, привлекая специальные фосфатазы, дефосфори лирующие когезиновые комплексы, в результате чего те становятся недоступными для протеолиза.
Таким образом, плечи хроматид в анафазе 1 разьединяются, а их центромеры — нет. Сестринские хроматиды разделяются лишь тогда, когда сепараза расщепляет остаточные когезиновые комплексы в области центромер; зто происходит в анафазе П (см. рис. 21.12, а), в которой шугошины уже не участвуют. В отличие от первого деления мейоза, второе деление мейоза происходит быстро и сильно напоминает митотическое деление, хотя ему и не предшествует 21.2. Мейоз 1955 удвоение ДНК.
Профаза П длится недолго: при формировании нового веретена деления ядерная оболочка разрушается, после чего, быстро сменяя друг друга, следуют метафаза П, анафаза П и телофаза П. Когда вокруг каждого из четырех образовавшихся гаплоидных ядер возникает оболочка, происходит цитокинез и мейоз завершается. 21.2.5. Часто мейоз происходит с нарушениями Сортировка хромосом в течение мейоза — выдающееся достижение внутриклеточной бухгалтерии. Ведь, к примеру, у человека каждый раз при мейозе нужно не упустить из виду ни одну из 92 хроматид (4б удвоенных хромосом) и тщательно проследить, чтобы каждому из четырех потомков мейотически делящейся клетки достался ровно один гаплоидный набор хромосом. Неудивительно, что в таком сложном процессе иногда случаются ошибки. Ошибки особенно характерны для мейоза у женщин, поскольку после завершения диплотены он на несколько лет приостанавливается: первое деление мейоза завершается лишь при овуляции, а второе — лишь после оплодотворения.
Ошибки расхождения хромосом при созревании яйцеклеток чаще всего являются причиной самопроизвольных абортов (выкидышей) и умственной отсталости. В результате нерасхождеиия гомологичных хромосом, когда гомологи не могут отделиться друг от друга, некоторые из гаплоидных гамет будут содержать более одной копии хромосомы, а другие — вообще не будут содержать этой хромосомы. (Клетки с аномальным количеством хромосом называются анеуплоидными, а с нормальным количеством хромосом -- эуплоидными).
При оплодотворении анеуплоидные гаметы дают начало аномальному эмбриону; чаще всего такие эмбрионы погибают, но не всегда. Например, синдром Дауна, который чаще всего является единственной причиной умственной отсталости, обусловлен наличием дополнительной копии 21 хромосомы. Такая аномалия обычно возникает из-за нерасхождения хромосом в первом делении мейоза в яичнике женщины.
Вероятность ошибки расхождения в первом делении мейоза резко увеличивается с возрастом женщины. Несмотря на возможные ошибки, мейоз используется, так или иначе, практически всеми эукариотами; он позволяет перетасовать генетическую информацию, прежде чем передать ее следующему поколению. Как мы сейчас обсудим, главная роль в этой перетасовке принадлежит кроссинговеру. 21.2.6. Кроссинговер увеличивает число новых сочетаний генов За исключением однояйцевых близнецов, развивающихся из одной зиготы, любые два потомка одних и тех же родителей будут генетически различаться. Как мы уже знаем, причина этого в том, что задолго до оплодотворения, в гаметогенезе, еще при первом делении мейоза происходят два случайных события: распределение материнских и отцовских гомологов и кроссинговер.
Ввиду случайности распределения материнских и отцовских гомологичных хромосом (рнс. 21.13, а) клетки любой особи могут, в принципе, образовать 2' генетически различающихся гамет, где п-гаплоидное число хромосом. Например, у человека каждый индивидуум способен образовать по меньшей мере 2~~ = 8,4 х 10 генетически различных гамет. Однако реальное число вариантов значительно увеличивается за счет кроссинговера (иногда назывемого перекрестом хромосом), который является следствием гомологичной рекомбинации (см.
главу 5) — процесса обмена сегментами ДНК между гомологнчными хромосомами. Прн мейозе в результате такого обмена между три пары гомологичных хромосом гомопогичные хромосомы материнские отцовские материнские отцовские ) ! МЕЙО311 ) ПЕРВОЕ И ВТОРОЕ ДЕЛЕНИЯ МЕЙОЗА в) возможные гаметы б) возможные гаметы Рис. 21.13. Два основных механизма перераспределения генетического материала во время мейоза. а) У организма с п хромосомами е результате независимого расхождения гамологичных хромосом в первом делении мейоэа может получиться 2" различных гаплаидных гамет. В данном случае л = 3 и мажет быть 8 различных типов гамет.
б) В профазе 1 мейоза происходит кроссинговер: гомологичные хромосомы обмениваются участками, что ведет к перераспределению генов. В последовательностях ДНК двух гомологов всегда имеется большое число незначительных различий, поэтому оба механизма увеличивают наследственную изменчивость организмов, размножающихся половым путем. несестринскими хроматидами генетическая информация, записанная в хромосомах, перемешивается (рис. 21.13, 6). В среднем между двумя спаренными гомологами происходит 2 — 3 кроссинговера (рис. 21.14). Молекулярные механизмы кроссинговера описаны в главе 5 (см. рис. 5з54). Вкратце, консервативный специфичный для мейоза белок 5ро11 делает двух цепочечные разрывы в ДНК материнской или отцовской хроматиды, тем самым запуская кроссинговер. Далее в сайте двухцепочного разрыва собирается очень большой мультиферментный рекомбинаг(ионный комплекс, содержащий ферменты, репарирующие двухцепочечные разрывы ДНК.
Этот комплекс катализирует гомо логичную рекомбинацию. В большинстве случаев зто не приводит к кроссинговеру, но иногда кроссинговер происходит, и тогда две несестринские хроматиды взаимно обмениваются сегментами ДНК. Как мы уже знаем, после распада синаптонем Рис. 21. 14. Кроссинговер между гомологич ными хромосомами в семенниках человеке. На зтнх микрофотографиях, полученных методам иммунофлуоресценции, антитела использовали для окраски синаптонемных комплексов (красный цвет), центромер (синий) и сайтов кроссинговерз (зеленый).
Обратите внимание, что в каждом бивзленте имеется хотя бы один сзйт кроссинговерз и ни в каком — больше трех. (Из А. супя ет з!., 5сгепсе 296: 2222-2229, 2002, с изменениями. С разрешения издательства ААА5.) ного комплекса каждый кроссинговер можно наблюдать в микроскоп как хиазму (см. рис. 21.10, а). На рис. 21.10, б показано, что каждая из сестринских хрома гид в одном гомологе может образовать одиночный или множественный перекрест с любой из хроматид соседнего гомолога. 21.2.У, Кроссммгоеер строго регупнруетсн Кроссинговер выполняет в мейозе две функции: во первых, он не дает го мологам разъединиться, обеспечивая нх правильное расхождение по дочерним клеткам в конце первого деления, во-вторых, участвует в генетической модифика ции вырабатываемых гамет.
Поэтому, как следует ожидать, кроссинговер строго регулируется; контролируется число и расположение двухцепочечных разрывов в каждой хромосоме, а также вероятность того, что в области данного разрыва произойдет кроссинговер. Хотя двухцепочечные разрывы в первом делении мей оза могут появиться практически в любой точке хромосомы (см. рис. 21.!4), они распределены не равномерно, а концентрируются в области «горячих точек», где доступен хроматин, и редко встречакттся в «холодных участках», например, в гетерохроматиновых участках центромер и теломер.
На число и расположение кроссннговеров оказывакл влияние по меньшей мере два фактора; ни один из них еще не изучен достаточно подробно. Оба механизма действуют на этапе сборки синаптонемного комплекса. Один из них обеспечивает образование как минимум одного кроссинговера в каждой паре гомологов, что необходимо для нормального расхождения хромосом в первом делении мейоза.
В соответствии другим механизмом, называемом хиазменной (хромосолгной) итг терференцией, наличие одного кроссинговера в биваленте хромосом подавляет образование последующих, возможно, способствуя локальному уменьшению кон центрации белков, необходимых для формирования устойчивого кроссинговера на месте двухцепочечного разрыва ДНК. 1958-, '':, Часть5;:Клети(4в И(тнтеиетиИКСовбкупи~кти Фундаментальные притщипы мейоза одинаковы у всех эукариот, размножаю шихся половым путем. Например, у всех этих организмов большую часть времени, отведенного на мейоз, занимает профаза 1, хотя отдельные временные характери стики могут и различаться (рис. 2(.(б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
