CENTROMER: KONZEPTE, EIGENSCHAFTEN, POSITION, FUNKTION - BIOLOGIE - 2025

Die Zentromere sind grundlegende chromosomale Strukturen, die die Schwesterchromatiden während der Zellteilung zusammenhalten. Außerdem sind dies die Stellen, an denen sich die Mikrotubuli der Spindel verbinden, um die Chromosomen am Ende der Zellteilung zu trennen.

Centromere wurden erstmals 1882 vom Arzt und Forscher Walther Flemming (1843-1905) beschrieben, als er eine detaillierte Charakterisierung der Zellteilung durchführte.

Grundstruktur eines Chromosoms mit dem Zentromer in der Mitte. Quelle: lifeder.com

Centromere sind auch als "Adhäsionsbereiche" oder "Kinetochoren" bekannt. Es ist jedoch jetzt bekannt, dass dies die Bindungsstellen des Komplexes aus DNA und Proteinen sind, die das Kinetochor bilden.

Konzepte

Die Funktion des Zentromers ist bei allen Lebewesen gleich, aber jede Art weist einzigartige Eigenschaften auf, und es kann interspezifische Unterschiede in Bezug auf Struktur, Größe und Komplexität geben.

Grafische Darstellung eines menschlichen Zentromers (Quelle: Silvia3 über Wikimedia Commons) Die DNA, die Teil der Zentromere ist, wird ständig modifiziert (entwickelt), was impliziert, dass es signifikante Unterschiede zwischen den Arten gibt, auch wenn diese evolutionär sehr nahe beieinander liegen.

Für Wissenschaftler ist die Untersuchung des Zentromers keine leichte Aufgabe, da diese „Struktur“ oder „Regionen“ in Pflanzen und Tieren in Teilen des satellitenähnlichen Genoms enthalten sind (stark repetitiv), was die Kartierung mit Techniken von schwierig macht konventionelle Sequenzierung.

Mutationen in der zentromeren Region haben schwerwiegende physiologische Auswirkungen auf den Menschen. Abnormalitäten in seiner Struktur und Funktion sind tödlich oder mit angeborenen und erworbenen Krankheiten, Krebs, Unfruchtbarkeit und Geburtsstörungen verbunden.

Centromereigenschaften

Centromere sind Teile von Chromosomen, die sich stark wiederholende DNA-Regionen in Form von Heterochromatin enthalten. Diese Regionen sind auf die Anlagerung und Trennung von Schwesterchromatiden während der Zellteilung spezialisiert.

Im Allgemeinen enthalten Zentromere die ältesten DNA-Sequenzen, die nacheinander und nahe der Grenze zwischen Heterochromatin und Euchromatin angeordnet sind, dh Zentromere sind stark heterochromatische Regionen.

Zentromersequenzen werden regelmäßig in zwei Typen eingeteilt: Satelliten-DNA und transponierbare Elemente. Beide Sequenztypen repräsentieren den größten Teil der in den Zentromeren enthaltenen DNA.

Organisation der DNA in den zentromeren Regionen verschiedener Spezies (Quelle: Gouttegd über Wikimedia Commons) Derzeit werden Zentromere als komplexe Strukturen betrachtet, die aus genomischer DNA bestehen, die verschiedenen epigenetischen Prozessen ausgesetzt ist.

Da die Zentromere ein Chromatinanteil der Chromosomen sind, werden sie von einem Komplex aus DNA- und Histonproteinen gebildet, die ihre "Verpackung" begünstigen.

Die Nukleosomen der zentromeren Regionen besitzen jedoch nicht das Histon-H3-Protein; stattdessen haben sie eine Variante, die der Fachmann als zentromerspezifisch identifiziert hat.

Dieses Histon-ähnliche Protein variiert erheblich zwischen verschiedenen Arten. Bei Säugetieren ist dies als CENP-A bekannt, bei Arthropoden als CID und bei Pilzen und Hefen als Cse4.

Dank der spezifischen Unterschiede des CENH3-Proteins in den Zentromeren werden seine Eigenschaften und Eigenschaften zur Identifizierung von Spezies verwendet, insbesondere der zentromeren Region in den Chromosomen.

Position

Die Position des Zentromers auf den Chromosomen wird in Karyotypen als "Verengung" dargestellt, die allgemein als "primäre Verengung" bezeichnet wird.

In einigen Organismen befinden sich die Zentromere nicht in einer Region, sondern sind "diffus", so dass sich die Fasern der Spindel entlang des gesamten Chromosoms verbinden können. Diese Chromosomen sind als diffuses Zentromer bekannt.

Diagramm eines holozentrischen oder diffusen Zentromerchromosoms und eines anderen metazentrischen Chromosoms (auch als „monozentrisch“ bezeichnet, da sie nur ein Zentromer haben) (Quelle: Mandrioli & Manicardi über Wikimedia Commons) Die Position des Zentromers gibt die Form an, die das Chromosom annehmen wird während der Teilung des Kerns. Befindet sich das Zentromer in der Mitte eines Chromosoms, nimmt es die Form eines „V“ an, wenn es in Richtung entgegengesetzter Pole der sich teilenden Zelle getrennt wird.

Im Gegenteil, wenn sich das Zentromer in der Nähe eines der Enden eines Chromosoms befindet, hat dieses, wenn es von seinem Schwesterchromatid getrennt wird, während der Segregation eine "J" -Form. Befindet sich das Zentromer an den Enden eines Chromosoms, sieht es durch die Trennung ebenfalls wie ein "starrer Stab" aus.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass die Position des Zentromers auf einem Chromosom die Beziehung zwischen den Längen seiner beiden Arme (das kurze oder "p" und das lange oder "q") anzeigt. Diese Beziehung ist für jeden Chromosomentyp ziemlich spezifisch.

Je nach Position des Zentromers werden drei Arten von Chromosomen erkannt:

Chromosomentypen und Position des Zentromers. A: kurzer Arm (p). B: Zentromer. C. Langer Arm (q). D: Schwesterchromatid. I-Telozentrisch: Das Zentromer befindet sich in der Nähe der Spitze. Arme p etwas sichtbar. II-akrozentrisch: q-Arme sind länger als p-Arme, aber diese sind länger als bei telozentrischen. III-submetazentrisch: Die Arme p und q sind ähnlich lang, aber nicht gleich. IV-metazentrisch: q- und p-Arme gleich lang. Fockey003

Telezentrische Chromosomen

Diese Chromosomen haben das Zentromer am Ende eines der beiden Chromatin-Arme. Sie sind solche, die sich während der Entmischung in Form von starren Stäben in Richtung der Pole bei der Zellteilung bewegen.

Akrozentrische Chromosomen

Bei dieser Art von Chromosomen ist gezeigt, dass das Zentromer mehr zu einem der Enden als zu dem anderen verschoben ist. Wenn sich die Zelle teilt und sich die Chromosomen trennen, nehmen die akrozentrischen Chromosomen eine "J" -Form an.

Metazentrische Chromosomen

Metazentrische Chromosomen haben Zentromere, die sich in der Mitte des Chromosoms befinden und zwei Arme gleicher Länge trennen. Aufgrund der Lage ihres Zentromers sezernieren metazentrische Chromosomen während der Anaphase der Zellteilung in V-Form.

Funktion

Centromere sind das universelle Mittel zur wirksamen Sekretion von Chromosomen in allen eukaryotischen Organismen. Sie sind die Bindungsstellen für Mikrotubuli, um die genaue mechanische Kraft auszuüben, um Chromosomen oder Chromatiden während der Meiose oder Mitose zu trennen.

Die spezifischen Funktionen des Zentromers sind die Adhäsion und Trennung von Schwesterchromatiden, die Fixierung von Mikrotubuli, die Bewegung von Chromosomen während der Segregation in Richtung Tochterzellen, die Bildung von Heterochromatin und stellen darüber hinaus einen Kontrollpunkt dar Mitose.

Bei Säugetieren finden sich CENP-ähnliche Proteine ​​im Centromer Heterochromatin. Dies können drei Typen sein: CENP-A, CENP-B und CENP-C, die alle an der Montage des Kinetochors beteiligt sind.

Das Fehlen des CENP-C-Proteins kann schwerwiegende Fehler bei der Trennung von Chromosomen verursachen, da dies ein Protein ist, das DNA-Bindungs- und Selbstassoziationseigenschaften aufweist und in direktem Zusammenhang mit der Trennung von steht Chromosomen und Kinetochor-Fehlfunktion.

Es ist derzeit bekannt, dass einige Regionen der Zentromere transkriptionell aktiv sind. Diese kodieren für kleine Interferenz-RNAs, die an der Transkriptions-Stummschaltung einiger Regionen des Genoms beteiligt sind.

Diese kleinen Doppelband-RNA-Transkripte aus den perizentromeren Regionen sind für den Aufbau von Heterochromatin essentiell und sind die Transkriptionsregionen zur Regulierung der Schritte vor der Zellteilung.

Verweise

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