CENTROMERE: แนวคิดลักษณะตำแหน่งหน้าที่ - ชีววิทยา

centromeresเป็นโครงสร้างโครโมโซมพื้นฐานที่ถือร่วมกัน chromatids น้องสาวในระหว่างการแบ่งเซลล์ นอกจากนี้ยังเป็นสถานที่ที่ microtubules ของแกนหมุนเข้าร่วมเพื่อแยกโครโมโซมเมื่อสิ้นสุดการแบ่งเซลล์

Centromeres ได้รับการอธิบายครั้งแรกในปี 2425 โดยแพทย์และนักวิจัย Walther Flemming (1843-1905) เมื่อเขาอธิบายลักษณะของการแบ่งเซลล์โดยละเอียด

โครงสร้างพื้นฐานของโครโมโซมโดยมีเซนโทรเมียร์อยู่ตรงกลาง ที่มา: lifeder.com

Centromeres มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า "พื้นที่ยึดเกาะ" หรือ "ไคเนโตชอร์" อย่างไรก็ตามเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสิ่งเหล่านี้เป็นสถานที่ที่มีผลผูกพันของดีเอ็นเอและโปรตีนที่ซับซ้อนซึ่งก่อตัวเป็นไคเนโตชอร์

แนวคิด

หน้าที่ของเซนโทรเมียร์ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดจะเหมือนกัน แต่แต่ละชนิดจะแสดงลักษณะเฉพาะและอาจมีความแตกต่างกันในแง่ของโครงสร้างขนาดและความซับซ้อน

การแสดงภาพกราฟิกของเซนโตรเมียร์ของมนุษย์ (ที่มา: Silvia3 ผ่าน Wikimedia Commons) ดีเอ็นเอที่เป็นส่วนหนึ่งของเซนโทรเมียร์ผ่านการดัดแปลงอย่างต่อเนื่อง (วิวัฒนาการ) ซึ่งหมายความว่ามีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างสิ่งมีชีวิตแม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะมีวิวัฒนาการใกล้เคียงกันมากก็ตาม

สำหรับนักวิทยาศาสตร์การศึกษาเซนโทรเมียร์ไม่ใช่เรื่องง่ายเนื่องจากในพืชและสัตว์ "โครงสร้าง" หรือ "ภูมิภาค" เหล่านี้มีอยู่ในส่วนของจีโนมที่มีลักษณะคล้ายดาวเทียม (ซ้ำกันมาก) ทำให้ยากที่จะทำแผนที่โดยใช้เทคนิคของ การจัดลำดับแบบเดิม

การกลายพันธุ์ในภูมิภาค centromeric มีผลกระทบทางสรีรวิทยาที่ร้ายแรงในมนุษย์ ความผิดปกติในโครงสร้างและการทำงานของมันเป็นอันตรายถึงชีวิตหรือเกี่ยวข้องกับโรคประจำตัวและโรคที่ได้มาเช่นมะเร็งภาวะมีบุตรยากและความผิดปกติที่เกิด

ลักษณะของ Centromere

Centromeres เป็นส่วนของโครโมโซมที่มีบริเวณที่ทำซ้ำของดีเอ็นเอในรูปแบบของเฮเทอโรโครมาติน พื้นที่เหล่านี้มีความเชี่ยวชาญในการเชื่อมต่อและการแยกโครมาทิดของน้องสาวในระหว่างการแบ่งเซลล์

โดยทั่วไปเซนโทรเมียร์มีลำดับดีเอ็นเอที่เก่าแก่ที่สุดเรียงลำดับต่อเนื่องกันและอยู่ใกล้กับพรมแดนระหว่างเฮเทอโรโครมาตินและยูโครมาตินกล่าวคือเซนโทรเมียร์เป็นบริเวณที่มีความแตกต่างกันอย่างมาก

ลำดับเซนโทรเมอร์ถูกจำแนกออกเป็นสองประเภทอย่างสม่ำเสมอ ได้แก่ ดีเอ็นเอของดาวเทียมและองค์ประกอบที่เคลื่อนย้ายได้ ลำดับทั้งสองประเภทแสดงถึงดีเอ็นเอส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในเซนโทรเมียร์

การจัดระเบียบดีเอ็นเอในบริเวณเซนโทรเมอริกของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ (ที่มา: Gouttegd ผ่าน Wikimedia Commons) ในปัจจุบันเซนโทรเมียร์ถือเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยดีเอ็นเอของจีโนมซึ่งอยู่ภายใต้กระบวนการ epigenetic ที่แตกต่างกัน

เนื่องจากเซนโทรเมียร์เป็นส่วนของโครโมโซมของโครโมโซมจึงเกิดขึ้นจากดีเอ็นเอและโปรตีนฮิสโตนที่ซับซ้อนซึ่งเป็นประโยชน์ต่อ "บรรจุภัณฑ์"

อย่างไรก็ตามนิวคลีโอโซมของบริเวณเซนโทรเมริกไม่มีโปรตีนฮิสโตน H3 พวกเขามีตัวแปรที่ผู้ที่มีทักษะในงานศิลปะระบุไว้แทนซึ่งเป็นแบบเฉพาะของ centromere

โปรตีนที่มีลักษณะคล้ายฮิสโตนนี้แตกต่างกันอย่างมากระหว่างสายพันธุ์ต่างๆ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเรียกว่า CENP-A ในสัตว์ขาปล้องเรียกว่า CID และในเชื้อราและยีสต์เรียกว่า Cse4

เนื่องจากความแตกต่างที่เฉพาะเจาะจงของโปรตีน CENH3 ในเซนโตรเมอร์ลักษณะและคุณสมบัติของมันจึงถูกนำมาใช้ในการระบุสายพันธุ์โดยเฉพาะบริเวณเซนโทรเมอริกในโครโมโซม

ตำแหน่ง

ตำแหน่งของเซนโทรเมียร์บนโครโมโซมสามารถมองเห็นได้ในคาริโอไทป์ว่าเป็น "การตีบตัน" ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่า "การหดตัวหลัก"

ในสิ่งมีชีวิตบางชนิดไม่พบ centromeres ในบริเวณเดียว แต่ค่อนข้าง "กระจาย" เพื่อให้เส้นใยของแกนหมุนสามารถเกาะติดกับโครโมโซมทั้งหมดได้ โครโมโซมเหล่านี้เรียกว่า diffuse centromere

แผนภาพของโครโมโซมแบบโฮโลเซนตริกหรือเซนโตรเมียร์แบบกระจายและโครโมโซมแบบเมตาเซนตริกอื่น (หรือที่เรียกว่า“ โมโนเซนตริก” เนื่องจากมีเพียงเซนโตรเมียร์เพียงตัวเดียว) (ที่มา: Mandrioli & Manicardi ผ่าน Wikimedia Commons) ตำแหน่งของ centromere ระบุถึงรูปร่างที่โครโมโซมจะใช้ ระหว่างการแบ่งนิวเคลียส ถ้าเซนโทรเมียร์อยู่ที่จุดกึ่งกลางของโครโมโซมมันจะมีรูปร่างเป็น“ V” เนื่องจากมันถูกแยกไปยังขั้วตรงข้ามของเซลล์ที่แบ่ง

ในทางตรงกันข้ามถ้าเซนโทรเมียร์อยู่ใกล้ปลายด้านใดด้านหนึ่งของโครโมโซมเมื่อแยกออกจากโครมาทิดน้องสาวจะมีรูปร่างเป็น "J" ในระหว่างการแยก ในทำนองเดียวกันถ้าเซนโทรเมียร์อยู่ที่ส่วนปลายของโครโมโซมการแยกออกจะทำให้มีลักษณะ "แท่งแข็ง"

สิ่งสำคัญคือต้องระบุว่าตำแหน่งของเซนโทรเมียร์บนโครโมโซมบ่งบอกถึงความสัมพันธ์ระหว่างความยาวของแขนทั้งสองข้าง (ตัวสั้นหรือ "p" และความยาวหรือ "q") ความสัมพันธ์นี้ค่อนข้างเฉพาะเจาะจงสำหรับโครโมโซมแต่ละประเภท

ตามตำแหน่งของเซนโทรเมียร์โครโมโซมสามประเภทได้รับการยอมรับ:

ประเภทโครโมโซมและตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ A: แขนสั้น (p) B: centromere. ค. แขนยาว (q). D: น้องสาวโครมาทิด I-Telocentric: centromere อยู่ใกล้ด้านบน แขนมองเห็นได้ค่อนข้างชัดเจน II-Acrocentric: แขน q ยาวกว่าแขน p แต่ยาวกว่าใน telocentrics III-Submetacentric: แขน p และ q มีความยาวใกล้เคียงกัน แต่ไม่เท่ากัน IV-Metacentric: แขน q และ p มีความยาวเท่ากัน Fockey003

โครโมโซม Telocentric

โครโมโซมเหล่านี้มีเซนโทรเมียร์อยู่ที่ปลาย "แขน" ของโครโมโซมหนึ่งในสองข้าง พวกมันคือพวกที่เคลื่อนที่ในรูปของแท่งแข็งระหว่างการแยกตัวเข้าหาขั้วในการแบ่งเซลล์

โครโมโซม Acrocentric

ในโครโมโซมประเภทนี้เซนโทรเมียร์จะถูกเลื่อนไปทางปลายด้านใดด้านหนึ่งมากกว่าอีกด้านหนึ่ง เมื่อเซลล์แบ่งตัวและโครโมโซมแยกจากกันโครโมโซมอะโครเซนตริกคือโครโมโซมที่ได้รับรูปร่าง "J"

โครโมโซมเมตาเซนตริก

โครโมโซมแบบเมตาเซนตริกมีเซนโทรเมียร์อยู่ทั่วกึ่งกลางของโครโมโซมโดยแยกแขนสองข้างที่มีความยาวเท่ากัน เนื่องจากตำแหน่งของเซนโทรเมียร์โครโมโซมแบบเมตาเซนตริกจึงหลั่งออกมาเป็นรูปตัววีในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบอะนาเฟส

ฟังก์ชัน

Centromeres เป็นวิธีการสากลสำหรับการหลั่งโครโมโซมที่มีประสิทธิภาพในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตทั้งหมด เป็นจุดเชื่อมต่อสำหรับ microtubules เพื่อใช้แรงเชิงกลที่แม่นยำในการแยกโครโมโซมหรือโครมาทิดในระหว่างไมโอซิสหรือไมโทซิส

หน้าที่เฉพาะของ centromere คือการยึดเกาะและการแยกโครมาทิดของน้องสาวการตรึง microtubules การเคลื่อนที่ของโครโมโซมระหว่างการแยกไปสู่เซลล์ลูกสาวการสร้าง heterochromatin และนอกจากนี้ยังแสดงถึงจุดตรวจของ เซลล์

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะพบโปรตีนคล้าย CENP ใน centromere heterochromatin สิ่งเหล่านี้มีได้สามประเภทคือ CENP-A, CENP-B และ CENP-C ซึ่งทั้งหมดนี้มีส่วนร่วมในการประกอบไคเนโตชอร์

การไม่มีโปรตีน CENP-C อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดร้ายแรงในการแยกโครโมโซมเนื่องจากเป็นโปรตีนที่มีคุณสมบัติในการจับกับดีเอ็นเอและ "การเชื่อมโยงตนเอง" และเกี่ยวข้องโดยตรงกับการแยกของ โครโมโซมและไคเนโตชอร์ทำงานผิดปกติ

ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันดีว่าบางภูมิภาคของ centromeres มีการใช้งานถอดความ สิ่งเหล่านี้เข้ารหัสสำหรับ RNA สัญญาณรบกวนขนาดเล็กซึ่งมีส่วนร่วมในการปิดเสียงการถอดเสียงในบางพื้นที่ของจีโนม

การถอดเสียง RNA แบบแถบคู่ขนาดเล็กเหล่านี้จากบริเวณ pericentromeric เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการประกอบ heterochromatin และเป็นบริเวณที่ถอดเสียงเพื่อควบคุมขั้นตอนก่อนการแบ่งเซลล์

อ้างอิง

ชู, KA (1997). The centromere (เล่ม 320) Oxford: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด
Fincham, JRS (2001). centromere
Fukagawa, T. , & Earnshaw, WC (2014). Centromere: รากฐานโครมาตินสำหรับเครื่องจักรกลไคนีโตชอร์ เซลล์พัฒนาการ, 30 (5), 496-508.
Henikoff, S. , Ahmad, K. , & Malik, HS (2001) ความขัดแย้งของ centromere: การถ่ายทอดทางพันธุกรรมที่มั่นคงพร้อมกับ DNA ที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว วิทยาศาสตร์, 293 (5532), 1098-1102.
Plohl, M. , Meštrović, N. , & Mravinac, B. (2014). ตัวตนของ Centromere จากมุมมองของ DNA โครโมโซม 123 (4) 313-325
Westhorpe, FG, & Straight, AF (2015) Centromere: การควบคุม epigenetic ของการแยกโครโมโซมระหว่างการไมโทซิส มุมมองของ Cold Spring Harbor ในชีววิทยา, 7 (1), a015818

CENTROMERE: แนวคิดลักษณะตำแหน่งหน้าที่ - ชีววิทยา - 2026