Kinetohor
Kinetohor je proteinska struktura na hromatidama, za koju se vežu niti diobenog vretena tokom ćelijskih dioba (mitoza i mejoza), koje razdvajaju sestrinske hromatide početkom anafaze.[1]
Uvod
[uredi | uredi izvor]Kinetohore formiraju eukarioti u sklopu centromere i povezuju hromosome za polimerne mikrotubule diobenog vretena tokom mitoze i mejoze.
"Monocentrični" organizmi, uključujući kičmenjake, gljive I većinu biljaka imaju jedan centromerni region u čijem sklopu je po jedan kinetohor. "Holocentrični" organizmi, kao štp su pljosnati crvi (nematode) i neke biljke posjeduju niz kinetohora duž hromosoma.[2]
Kinetohor sadrži dvija regiona:
- Unutrašnji kinetohor, koji je usko povezan sa centromernom DNK, uklopljen u specijalizirani oblik hromatina i funkcionalan uporni cijelim tokom ćelijskog ciklusa;
- Spoljni kinetohor, koja komunicira s mikrotubulama. Veoma je dinamična struktura, sa mnogim identičnim komponentama, koje su sklopljene i funkcionalne samo u toku ćelijskih dioba.
Kinetohori počinju, kontroliraju i nadziru kretanje hromosoma tokom podjele ćelije. Tokom mitoze, koja se javlja nakon hromosomske duplikacije u S fazi, dvije sestrinske hromatide se drže zajedno, ali svaka je svojim kinetohorom usmjerena u suprotnom pravcu i priključuju se suprotnom polu mitotskog diobenog vretena. Prelaskom iz metafaze u anafazu, sestrinske hromatide se međusobno razdvajaju, a individualni kinetohori ih vuku u osovinu polova diobenog vretena, koji će definirati dvije nove ćerke ćelije. Dakle, kinetohhore je bitne za separaciju hromosoma, koja je klasično povezana sa mitozom i mejozom. Ustvari separacija, u užem smislu, podrazumijeva podjelu jednakih hromatida, dok za rekombinirane bolje odgovara termin segregacija, tj. podjela nejednakih kategorija.
Čak i najjednostavniji kinetohori se sastoje od više od 19 različitih proteina. Mnogi od tih proteina su konzervirani kod eukariotskih vrsta, uključujući i specijalizirane varijante histona H3 (zvane CENP-A ili CenH3) koja pomaže kinetohoru asociranje sa DNK. Ostali proteini u kinetohoru pričvršćuju ga na microtubule (MTS) mitotskog vretena. Tu su i motor proteini, uključujući i dinein i kinezin, koje generiraju snagu kinetike hromosoma tokom mitoze. Proteini kao što su MAD2 prate prikopčavanje mikrotubula, kao i tenzije između sestrinskih kinetohora i aktiviraju [[kontrolnu tačku diobenog vretena da zatvori ćelijski ciklus, kada je bilo koji od ovih odsutan.[3] Ukratko, funkcija kinetohora je:
- uključivanje hromosoma u osovinu diobenog vretena ,
- verifikaciju prikopčavanja,
- aktiviranje punkta kontrole i
- učešće u generiranju snage za pokretanje i kretanje hromosoma tokom ćelijske diobe.[4]
S druge strane, microtubule su od polimeria, izrađenih od α- i β-tubulina, naizmjenično između faza rasta i smanjenja, a u fenomenu koji je poznat kao "dinamička nestabilnost’’.[5] Mikrotubule su vrlo dinamične strukture, čije ponašanje je integrirano kinetohorskom funkcijom kontrole kretanja i separacije hromosoma.
Struktura kinetohora životinjskih ćelija
[uredi | uredi izvor]Kinetohor je sastavljen od nekoliko slojeva, inicijalno uočenih standardnim fiksiranjem i bojenjem preparata za eklektronsku mikroskopiju[6][7]
Najdublji sloj u kinetohoru je
- unutrašnja ploča, koja se pridržava za hromatinsku strukturu koja sadrži nukleosome predstavljene specijaliziranim histon ima (pod nazivom CENP-A, a , u ovoj regiji, zamenjuju histon H3), pomoćni proteina i DNK. Organizacija DNK u centromeri (satelitska DNK) je jedan od najmanje poznatih aspekata kinetohora kičmenjaka. Unutrašnja ploča se pojavljuje kao diskretna heterohromatinska domena tokom ćelijskog ciklusa.
Izvan unutrašnje ploče nalazi se
- vanjska ploča, sastavljena uglavnom od proteina. Ova struktura je u sklopu površine hromosoma kada se jedarna ovojnica raspada. Vanjske ploče vertebratskih kinetohora sadrže oko he outer plate 20 vezujućih mjesta za mikrotubulskie (+) krajeve (zvane kMTs, prema Kinetochore MTs), dok kinetohori kvasca '’Saccharomyces cerevisiae sadrže samo ou jedno vezujuće mjesto.
Spoljašnja domena u kinetohoru formira
- vlaknastu koronu, koja se može vizualizirati konvencionalnom mikroskopijom, ali samo u odsustvu mikrotubula.. Ova korona formira dinamičnu mrežu rezidentnih i privremenih proteina koji su uključeni u kontrolnu tačku diobenog vretena, vezanje mikrotubula i regulaciji ponašanja hromosoma.
Tokom mitoze, svaka sestrinska hromatida formira kompletan hromosom, koji ima svoj kinetohor. Jasni sestrinski kinetohori se, u kulturanćelija sisara, mogu uočiti na početku i kraju ćelijskog ciklusa (faza G2).[8] Prije razlaganje nukleusnog omotača, ovi rani kinetohori ispoljavaju zrelu laminarnu strukturu.[9]).
Molekulski put za kinetohhorni sklop kod viših eukariota je proučavan pomoću “genskog nokauta” (gene knockout) miševa i na kulturaa pilećih ćelija, kao i pomoću RNK interferencije (RNKi) u C. elegans, Drosophila i ljudskim ćelijama. Ipak, još ne postoji jednostavno objašnjenje kojim se mogu opisati svi do sada dobijeni podaci.
Prvi protein koji se montira na kinetohor je CENP-A (Cse4 u Saccharomyces cerevisiae). Ovaj protein je specijalizirana izoforma histona H3.[10] CENP-A je potreban za ugradnju unutarnjih kinetohorskih proteina CENP-C, CENP-H I CENP-I/MIS6.[11][12][13][14][15]
Odnos ovih proteina u CENP-A koji zavisi od njegovog puta, nije u potpunosti definiran. Na primjer, CENP-C lokalizacija zahtijeva CENP-H u ćelijama piletine, ali je neovisan o CENP-I/MIS6 u ljudskim ćelijama. U C. elegans i metazoa, uključivanje mnogih proteina u vanjskom kinetohoru ovisi u konačnici o CENP-A.
Kinetohorski proteini mogu biti grupirani prema njihovoj koncentraciji na kinetohorima tokom mitoze: neki proteini ostaju vezani tokom cijele ćelijske diobe, dok neki drugi mijenjaju koncentraciju. Osim toga, oni se mogu reciklirati u svojim obavezujućem mjestu na kinetohorima ili sporo (oni su prilično stabilni) ili brzo (dinamični).
- Proteini čiji nivo ostaje stabilan od profaze do kraja anafaze, uključuju konstitutivne komponente unutarnje ploče i stabilne komponente vanjskog kinetohora, kao što je Ndc80 kompleks.
Zajedno sa konstitucijskim komponentama, izgleda da ovi proteini organizuju jezgro (srž) unutarnje i vanjske struktura u kinetohoru.
- Dinamičke komponente koje se razlikuju u koncentraciji kinetohora tokom mitoze uključuju molekulske motore CENP-E i dinein (kao i njihove ciljne komponente ZW10 i ROD) i proteine kontrolnog punkta vretena (kao što su mad1,Mad2, BubR1 i Cdc20). U odsustvu mikrotubula, ovi proteinski sastojci kinetohora su prisutni u visokoj koncentraciji. Međutim, što je veći broj mikrotubula vezan a kinetohore, njihova koncentracija je manja.
U metafazi, nivo CENP-E, Bub3 i Bub1 se umanjuje oko 3 do 4x u odnosu na slobodne kinetohore, dok su nivoi dineina / dinaktina, mad1, Mad2 i BubR1 reducirani > 10-100x .[16]
- Dok se kontrolna tačka diobenog vretena, koja je prisutna u vanjskoj ploči proteina, umanjuje kao i vezište diobenog vretena, ostale komponente kao što su EB1, adenomatozna polipoza koli (APC) i proteini u tom putu (RANGAP, tj. RanGap1 i RANBP2, tj. RanBP2') pomažu kinetohorima samo kada su diobena vretena privezana. To može biti uključeno u mehanizam kojim kinetohori prepoznaju plus-krajeve (+) diobenog vretena, osiguravajući njihovo pravilno vezanje i dinamičko ponašanje kad su povezani sa polovima diobenog vretena.
Studija iz 2010. koristi kompleks metoda (sa oznakom multi klasifikator kombinatorna proteomika (eng. skr. MCCP) da analizira proteomski sastav kičmenjačkih hromosoma, uključujući i kinetohore. Iako ova studija ne uključuje biohemijsko istraživanje kinetohora, dobijeni podataci uključuju sve centromerne potkomplekse, uz peptide, od svih 125 poznatih centromernih proteina. Prema dobijenim rezultatima, i dalje postoji oko stotinu nepoznatih kinetohornih proteina, udvostručen je broj poznatih struktura tokom mitoze, što potvrđuje kinetohore kao jedan od najsloženijih ćelijske substruktura. Dosljedno tome, sveobuhvatno istraživanje ukazuje da je eksperimentalno već dokazano najmanje 196 ljudskih proteina, koji su lokalizirani u kinetohorima.
Funkcija kinetohora
[uredi | uredi izvor]Broj mikrotubula koje su privezane za kinetohor je različit: kod kvasca Saccharomyces cerevisiae postoji samo jedna takva veza, dok ih kod sisara ima 15-35 na svakom hromosomu .
Međutim, nisu sve mikrotubule u vretenu vezane za jedan kinetohor. Postoje i one koje se protežu iz jednog centrosom a na drugi (i oni su odgovorni za dužinu vretena), a neke kraće su poveznice između dugih mikrorubula. Dokazano j je da, ako se pokvari spriječi veza mikrotubula i kinetohorea, koristeći laserske zrake, hromatide se više ne mogu kretati, što dovodi do abnormalne distribucije hromosoma.
Ovi eksperimenti su također pokazali da kinetohori imaju polaritet i da će njihova vezanost za mikrotubule za jedan ili drugi centrosom zavisiti od njegove orijentacije. Ova specifičnost garantira da će se samo jedan hromatida preseliti na svaku stranu vretena, čime se osigurava ispravna distribucija genetičkog materijala. Dakle, jedna od osnovnih funkcija kinetohora je vezanje mikrotubula za osovinu dionenog vretena, što je bitno za ispravno odvajanje sestrinskih hromatida. Ako je vezanje netočno, mogu nastati greške, stvarajući aneuploidije, sa katastrofalnim posljedicama za ćeliju. Da bi se to spriječilo, postoje mehanizmi za detekciju i ispravljanje grešaka (kao okupljajuća tačka diobenog vretena), čija se komponente nalaze i na kinetohorima. Kretanje jedne hromatide prema centrosomu se prvenstveno ostvaruje depolimerizacijom mikrotubula u vezivanju sa kinetohorom. Ovi pokreti također zahtijevaju i generiranje snage, uključujući molekulski motori, koji se isto tako nalazi na kinetohorima.
Vezanje hromosoma sa mikrotubulama
[uredi | uredi izvor]Spajanje sa mikrotubulama
[uredi | uredi izvor]U fazi sinteze (S faza) u ćelijskog ciklusa, centrosom se počinje duplirati. Na samom početku mitoze, obje centriole, u svakom centrosomu, postižu svoje maksimalne dužine, prikupljanjem dodatnih materijala na centrosome i njihov nukleacijski kapaciteta mikrotubula se povećava. Kako mitoza napreduje, tako se centrosomi razdvajaju da se uspostavi mitotska osovina.
Na ovaj način, mitotska vreteno ćelije ima dva pola koja potiču mikrotubule. Mikrotubule su dugia proteinska vlakana sa asimetričnim krajevima: "minus kraj" (-) je relativno stabilan uz centrosom, a "plus kraj" (+) je trajna alternativna faza tipa rast- skraćivanje, u traženju centra ćelije. Tokom ovog procesa pretraživanja, mikrotubule nalaze i „snimaju“ hromosome putem kinetohora.[17]
Tada mikrotubule pronalaze i vežu se za kinetohore postajući stabilizirane, dok su preostale slobodne mikrotubule ubrzano depolimeriziraju.
Kako hromosomi imaju po dva leđno vezana kinetohora (jedan na svakoj sestrinskoj hromatidi), kada se jedan od njih priključi na mikrotubule generira jedan od ćelijskih polova, kinetohore sestrinske hromatide se veže za suprotni pol; zato se većina vremena drugi kinetochor priključuje na mikrotubule koje proizilaze iz suprotnog pola. Na taj način hromosomi postaju biorijentirani , što je glavna (amfitelna) z obbezbjeđenje korektne separacije hromatita pri njihovom razdvajanju.
Kada je samo jedan mikrotubule je veana na jedan kinetohor, počinje brzo kretanje pridruženog hromozoma prema polu koga generiraju mikrotubule. Ovaj pokret je vjerojatno posredovan motoričkom aktivnošču prema "minus kraju " (-) proteinskog motora, citoplazmatskog dineina.[18][19] koji je veoma koncentriran u kinetohorima koji još nisu prikačeni za mikrotubule.
Kretanje prema polovima je usporeno koliko kinetohori da kinetohori nađu kMT-ove (mikrotubule koje se pričvršćuju za kinetohore) i kretanje se odvija zavisno o dužini kMT. Dinein se ispušta iz kinetohora za odgovarajuću kMT, a u kulturama ćelija sisara, potreban je za inaktivaciju tačke vrha vretena, ali ne i za hromosomsko okupljanje u ekvatorskoj vretena, pribavljanje kMT ili anafazu A. tokom hromosomske separacije. Kod viših biljaka ili u kvascu nema dokaza o dineinu, ali bi i drugi kinezini prema (-) kraju mogli nadoknaditi njegov nedosttak.
.]]
U ćelijama sa niskom razinom CENP-E, hromosomima nedostaje ovaj protein na kinetohorima, što vrlo često slabi njihovu sposobnost za okupljanje u metafaznu ploču. U ovom slučaju, neki hromosoma mogu i trajno ostati mono-orijentirani (vezani samo za jedan pol), iako se većina hromosoma može pravilno okupiti u metafaznu ploču. Općenito, široko je prihvaćeno da kMT vlakna (u snopu mikrotubula vezanih za kinetohore) potiče od prihvatanja polimerizirane mikrotubule na centrosomima polova diobenog vretena u sisarskim kulturama ćelija. Međutim, mikrotubule koje su direktno polimerizirane na kinetohorima takođe r mogu značajno doprinijeti.
Uloga kompleksa Ndc80
[uredi | uredi izvor]Mikrotubule koje su povezane sa kinetohorima predstavljaju specijalne tvorevine: u poređenju sa slobodnim mikrotubulama, ove (kMT) su mnogo otpornije na hladno-induciranu depolimerizaciju, visok hidrostatski pritisak ili izloženost kalciju.
Osim toga, kMT se recikliraju mnogo sporije nego zvjezdaste mikrorubule i mikrotubulsko vreteno sa slobodnim (+) krajem, a ako su kMT iz kinetochores uništene pomoću laserskih zraka, one brzo depolimeriziraju. Kada je postalo jasno da ni dinein niti CENP-E nisu bitni za formiranje kMT-ova, druge molekule bi trebale biti odgovorne za stabilizaciju kMT. Pionir genetičkih istraživanja kvasca otkrio je relevantnost Ndc80 kompleksa u vezanju kMT.
Kod kvasca Saccharomyces cerevisiae, u Ndc80 kompleksu su četiri komponente: Ndc80p, Nuf2p, Spc24p i Spc25p. Mutant i kojima nedostaje bilo koji od dijelova ovog kompleksa pokazuju gubitak veze kinetohori-mikrotubule, iako struktura kinetohora nije u potpunosti izgubljena. Ipak, mutant koji je izgubio kinetohorsku strukturu je Ndc10 mutant kvasca, koji je deficijentan, kako u vezi sa mikrotubulama i sposobnosti za aktiviranje kontrolne tačke diobenog vretena, vjerojatno zbog toga što kinetohori djeluju kao platforma na kojoj se montiraju komponente odgovora.
Kompleks Ndc80 je visoko konzerviran, što je procijenjeno u S. pombe, C. elegans, Xenopus, kokoši i ljudi.
Studije o Hec1 (izuzetno izražene u ćelijama 1 raka), ljudski homolog od Ndc80p, pokazuje da je važan za pravilno okupljanje hromosoma i mitotsku progresiju i za interakciju sa komponentama kompleksa kohezina i kondenzina.[20] Različiti laboratorija su pokazala da je Ndc80 kompleks ključni faktor za stabilizaciju vezanja kinetohore-mikrotubule, potrebnog za podršku centromerne napetosti i uključen u uspostavljanje ispravne kongresije hromosoma kod viših eukariota. Ćelije sa smanjenom funkcijom Ndc80 (koristeći RNAi, gen nokaut ili mikroinjektiranje antitijela) imaju nenormalno duga vretena, nedostatak napetosti između sestrinskih kinetohora, hromosome koji su u mogućnosti da se okupljaju u metafaznu ploču i malo ili bilo koje povezane kMT. Postoji niz snažnih podrški pretpostavci o sposobnosti Ndc80 kompleksa za direktno povezivanje sa mikrotubulama i čini jezgro konzervirane komponente sučeljavanja kinetohor-mikrotubule.[21] Međutim, ova robusna formacija može također biti u funkciji dodatnih proteina. Kod kvascaovoj vezi odgovara djelovanje kompleksa Dam1-DASH-DDD. Neki njegovi članovi se direktno vežu za mikrotubule. To znači da kompleks Dam1-DASH-DDD može biti glavni posrednik između might kinetohora i mikrotubula. Međutim, kod životinja nije još identificitran ekvivalentan kompleks, pa ovo pitanje izaziva veliki interes mnogih istraživača.
Također pogledajte
[uredi | uredi izvor]Reference
[uredi | uredi izvor]- ^ Sofradžija A., Berberović Lj., Hadžiselimović R. (2003): Biologija za 2. razred opće gimnazije. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-581-0.
- ^ Albertson, D.G.; T., J. N. (1993), "Segregation of holocentric chromosomes at meiosis in the nematode, Caenorhabditis elegans", Chromosome Research, 1 (1): 15–26, doi:10.1007/BF00710603, PMID 8143084
- ^ De Wulf P., Earnshaw W. C. The Kinetochore: From Molecular Discoveries to Cancer Therapy
- ^ Maiato, H.; Deluca, J.; Salmon, E. D.; Earnshaw, W. C. (2004), "The dynamic kinetochore-microtubule interface", Journal of Cell Science, 117 (22): 5461–5477
- ^ Mitchison, T.; Kirschner, M. (1984), "Dynamic instability of microtubule growth" (PDF), Nature, 312 (5991): 237–242, doi:10.1038/312237a0, PMID 6504138, arhivirano s originala (PDF), 22. 6. 2010, pristupljeno 16. 4. 2015
- ^ Brinkley, B. R.; Stubblefield, E. (1966), "The fine structure of the kinetochore of a mammalian cell in vitro", Chromosoma, 19 (1): 28–43, doi:10.1007/BF00332792, PMID 5912064
- ^ Jokelainen, P. T. (1967), "The ultrastructure and spatial organization of the metaphase kinetochore in mitotic rat cells", J Ultrastruct Res, 19 (1): 19–44, doi:10.1016/S0022-5320(67)80058-3, PMID 5339062
- ^ Brenner, S.; Pepper, D.; Berns, M. W.; Tan, E.; Brinkley, B. R. (1981), "Kinetochore structure, duplication, and distribution in mammalian cells: analysis by human autoantibodies from scleroderma patients", The Journal of Cell Biology, 91 (1): 95–102, doi:10.1083/jcb.91.1.95, PMC 2111947, PMID 7298727
- ^ Pluta, A. F.; MacKay, A. M.; Ainsztein, A. M.; Goldberg, I. G.; Earnshaw, W. C. (1995), "The Centromere: Hub of Chromosomal Activities", Science, 270 (5242): 1591–4, doi:10.1126/science.270.5242.1591, PMID 7502067
- ^ Palmer, D. K.; O'Day, K.; Trong, H. L.; Charbonneau, H.; Margolis, R. L. (1991), "Purification of the centromere-specific protein CENP-A and demonstration that it is a distinctive histone", Proceedings of the National Academy of Sciences, 88 (9): 3734–3738, doi:10.1073/pnas.88.9.3734, PMC 51527, PMID 2023923
- ^ Howman, E. V.; Fowler, K. J.; Newson, A. J.; Redward, S.; MacDonald, A. C.; Kalitsis, P.; Choo, K. H. A. (2000), "Early disruption of centromeric chromatin organization in centromere protein A (Cenpa) null mice", Proceedings of the National Academy of Sciences, 97 (3): 1148–1153, doi:10.1073/pnas.97.3.1148
- ^ Oegema, K.; Desai, A.; Rybina, S.; Kirkham, M.; Hyman, A. A. (2001), "Functional Analysis of Kinetochore Assembly in Caenorhabditis elegans", The Journal of Cell Biology, 153 (6): 1209–1226, doi:10.1083/jcb.153.6.1209, PMC 2192036, PMID 11402065
- ^ Van Hooser, A. A.; Ouspenski, I.I.; Gregson, H. C.; Starr, D. A.; Yen, T. J.; Goldberg, M. L.; Yokomori, K.; Earnshaw, W. C.; Sullivan, K. F. (2001), "Specification of kinetochore-forming chromatin by the histone H3 variant CENP-A", Journal of Cell Science, 114 (19): 3529–3542, PMID 11682612
- ^ Fukagawa, T.; Mikami, Y.; Nishihashi, A.; Regnier, V.; Haraguchi, T.; Hiraoka, Y.; Sugata, N.; Todokoro, K.; Brown, W. (2001), "CENP-H, a constitutive centromere component, is required for centromere targeting of CENP-C in vertebrate cells", The EMBO Journal, 20 (16): 4603–4617, doi:10.1093/emboj/20.16.4603, PMC 125570, PMID 11500386
- ^ Goshima, G.; Kiyomitsu, T.; Yoda, K.; Yanagida, M. (2003), "Human centromere chromatin protein hMis12, essential for equal segregation, is independent of CENP-A loading pathway", The Journal of Cell Biology, 160 (1): 25–39, doi:10.1083/jcb.200210005, PMC 2172742, PMID 12515822
- ^ http:.//linkinghub.elsevier .com / dohvatiti / pii / S0167488900000094
- ^ Kirschner, M.; Mitchison, T. (1986), "Beyond self-assembly: from microtubules to morphogenesis", Cell, 45 (3): 329–342, doi:10.1016/0092-8674(86)90318-1, PMID 3516413
- ^ Echeverri, C. J.; et al. (1996), "Molecular characterization of the 50-kD subunit of dynactin reveals function for the complex in chromosome alignment and spindle organization during mitosis", The Journal of Cell Biology, 132 (4): 617–633, doi:10.1083/jcb.132.4.617, PMC 2199864, PMID 8647893 Eksplicitna upotreba et al. u:
|first1=
(pomoć) - ^ Sharp, D.J.; Rogers, G.C.; Scholey, J.M. (2000), "Cytoplasmic dynein is required for poleward chromosome movement during mitosis in Drosophila embryos", Nature Cell Biology, 2 (12): 922–930, doi:10.1038/35046574, PMID 11146657
- ^ Zheng, L.; Chen, Y.; Lee, W.H. (1999), "Hec1p, an Evolutionarily Conserved Coiled-Coil Protein, Modulates Chromosome Segregation through Interaction with SMC Proteins", Molecular and Cellular Biology, 19 (8): 5417–5428, PMC 84384, PMID 10409732
- ^ Wei, Ronnie R.; Al-bassam, Jawdat; Harrison, Stephen C. (2007), "The Ndc80/HEC1 complex is a contact point for kinetochore-microtubule attachment", Nature Structural & Molecular Biology, 14 (1): 54–59, doi:10.1038/nsmb1186
Vanjski linkovi
[uredi | uredi izvor]Ovaj odlomak potrebno je proširiti. |
Također pogledajte
[uredi | uredi izvor]Vanjski linkovi
[uredi | uredi izvor]Ovaj odlomak potrebno je proširiti. |