kromozom ayrımı - Chromosome segregation
Kromozom ayrımı , ökaryotlarda , DNA replikasyonu sonucu oluşan iki kardeş kromatidin veya eşleştirilmiş homolog kromozomların birbirinden ayrılarak çekirdeğin zıt kutuplarına göç etme işlemidir . Bu ayrı tutma, işlemi her iki sırasında meydana mitoz ve mayoz . Kromozom ayrımı prokaryotlarda da meydana gelir . Bununla birlikte, ökaryotik kromozom ayrımının aksine, replikasyon ve ayrılma geçici olarak ayrılmaz. Bunun yerine ayırma, çoğaltmanın ardından aşamalı olarak gerçekleşir.
Mitotik kromatid ayrımı
Mitoz sırasında kromozom ayrımı, hücre bölünmesinin bir adımı olarak rutin olarak meydana gelir (bkz. mitoz diyagramı). Mitoz diyagramında gösterildiği gibi, mitozdan önce bir tur DNA replikasyonu gelir, böylece her kromozom kromatit adı verilen iki kopya oluşturur . Bu kromatitler, kohesin olarak adlandırılan bir protein kompleksi tarafından kolaylaştırılan bir işlem olan zıt kutuplara ayrılır . Uygun ayrışma üzerine, iki çekirdeğin her birinde tam bir kromatit seti sona erer ve hücre bölünmesi tamamlandığında, daha önce kromatit olarak adlandırılan her DNA kopyasına şimdi bir kromozom denir.
Mayoz kromozomu ve kromatit ayrımı
Kromozom ayrımı, mayoz bölünme sırasında anafaz I ve anafaz II olarak adlandırılan iki ayrı aşamada gerçekleşir (mayoz diyagramına bakınız). Bir diploid hücrede , farklı ebeveyn kaynaklı iki grup homolog kromozom vardır (örneğin, bir baba ve bir anne grubu). Mayoz diyagramında "interfaz s" olarak etiketlenen mayoz fazı sırasında, bir tur DNA replikasyonu vardır, böylece başlangıçta mevcut olan kromozomların her biri şimdi kromatit adı verilen iki kopyadan oluşur . Bu kromozomlar (eşleştirilmiş kromatitler) daha sonra aynı çekirdekte bulunan homolog kromozomla (ayrıca eşleştirilmiş kromatitler) eşleşir (mayoz diyagramında profaz I'e bakınız). Eşleştirilmiş homolog kromozomların hizalanma sürecine sinaps denir (bkz. Synapsis ). Sinaps sırasında, genellikle genetik rekombinasyon meydana gelir. Rekombinasyon olaylarından bazıları çaprazlama (iki kromatit arasındaki fiziksel alışverişi içerir), ancak çoğu yeniden birleştirme olayı bilgi alışverişini içerir, ancak iki kromatit arasındaki fiziksel alışverişi içermez (bkz. Senteze bağlı iplik tavlaması (SDSA) ). Rekombinasyonun ardından, mayoz diyagramında metafaz I ve anafaz I evrelerinde gösterildiği gibi kromozom ayrımı meydana gelir.
Farklı kromozom çiftleri birbirinden bağımsız olarak ayrılır , bu süreç “homolog olmayan kromozomların bağımsız çeşitliliği” olarak adlandırılır . Bu süreç, her bir gametin genellikle her iki orijinal ebeveynden kromozomların bir karışımını içermesiyle sonuçlanır.
Uygun olmayan kromozom ayrımı, aneuploid gametlerin çok az veya çok fazla kromozoma sahip olmasına neden olabilir .
Mayoz bölünme sırasında ayrışmanın meydana geldiği ikinci aşama, faz II'dir (mayoz şemasına bakınız). Bu aşamada, ayrılma, mitoz sırasındakine benzer bir süreçle gerçekleşir, ancak bu durumda, faz II'den önce bir DNA replikasyonu turu gelmez. Böylece her bir kromozomu içeren iki kromatit farklı çekirdeklere ayrılır , böylece her çekirdek tek bir kromatit seti (şimdi kromozomlar olarak adlandırılır) alır ve her çekirdek bir haploid gamete dahil olur (mayoz diyagramında faz II'yi izleyen aşamalara bakınız). Bu ayırma işlemi aynı zamanda kohezin tarafından da kolaylaştırılır . Faz II sırasında uygun segregasyonun başarısızlığı da anöploid gametlere yol açabilir. Anöploid gametler, anöploid zigotlar oluşturmak için döllenmeye ve dolayısıyla soy için ciddi olumsuz sonuçlara maruz kalabilir.
Geçişler ayrışmayı kolaylaştırır, ancak zorunlu değildir
Mayotik kromozomal geçiş (CO) rekombinasyonu, homolog kromozomların uygun şekilde ayrılmasını kolaylaştırır . Bunun nedeni, mayotik faz I sonunda , CO rekombinasyonunun homolog kromozom çiftlerini bir arada tutan fiziksel bir bağlantı sağlamasıdır. Bu bağlantılar, CO rekombinasyonunun sitolojik belirtileri olan chiasmata tarafından kurulur . Kardeş kromatitler arasındaki kohezyon bağlantısı ile birlikte , CO rekombinasyonu, eşleştirilmiş homolog kromozomların zıt kutuplara düzenli olarak ayrılmasını sağlamaya yardımcı olabilir. Bunu desteklemek için, tüm genom dizilimi ile tek spermatozoadaki bir anöploidi çalışması, ortalama olarak, anöploid otozomlu insan sperm hücrelerinin, normal hücrelerden önemli ölçüde daha az çapraz geçiş sergilediğini bulmuştur. Mayoz I'deki ilk kromozom ayrımı tamamlandıktan sonra, mayoz bölünme II'nin ikinci denklemsel bölünmesi sırasında daha fazla kromozom ayrımı olur . Doğru sayıda kromozoma sahip gametler oluşturmak için, hem 1. fazda kromozomların uygun ilk ayrımı hem de mayoz II'de denklemsel bölünme sırasında bir sonraki kromozom ayrımı gereklidir.
CO rekombinantları, Holliday bağlantı ara ürünlerinin oluşumunu ve çözülmesini içeren bir işlemle üretilir . "Mevcut bir mayotik rekombinasyon modeli" başlıklı şekilde belirtildiği gibi, mayotik çapraz geçişlerin oluşumu çift zincirli bir kırılma (DSB) ile başlatılabilir . DSB'lerin DNA'ya eklenmesi genellikle topoizomeraz benzeri protein SPO11'i kullanır. CO rekombinasyonu, X-ışınlaması gibi dış DNA hasarı kaynakları veya dahili kaynaklar tarafından da başlatılabilir.
CO rekombinasyonunun mayotik kromozom ayrışmasını kolaylaştırdığına dair kanıtlar vardır. Bununla birlikte, diğer çalışmalar, kiazmanın destekleyici olmasına rağmen, mayotik kromozom ayrımı için gerekli olmadığını göstermektedir. Tomurcuklanan maya Saccharomyces cerevisiae mayotik rekombinasyonu incelemek için kullanılan bir model organizmadır. Holliday bağlantı çözünürlüğü seviyesinde CO rekombinasyonunda kusurlu S. cerevisiae mutantlarının, uygun kromozom ayrımından verimli bir şekilde geçtiği bulundu. S. cerevisiae'de ve muhtemelen memelilerde CO'ların çoğunu üreten yol , MLH1 - MLH3 heterodimerini (MutL gama olarak adlandırılır) içeren bir protein kompleksi içerir . MLH1-MLH3, tercihen Holliday kavşaklarına bağlanır. Bir olan endonükleaz olarak tek kordonlu kırılmaları yapar aşırı sargılı çift sarmallı DNA ve CO yeniden bileşenler oluşumunu destekler. Hem MLH3 (ana yol) hem de MMS4 (küçük bir Holliday bağlantı çözüm yolu için gereklidir) için silinen çift mutantlar, vahşi tipe kıyasla (6 ila 17 kat azalma) önemli ölçüde azaltılmış geçiş gösterdi; bununla birlikte spor canlılığı oldukça yüksekti (%62) ve kromozomal ayrılma çoğunlukla işlevsel görünüyordu.
MSH4 ve MSH5 proteinleri bir hetero-oligomerik yapı (oluşturur heterodimer olarak) , S. cerevisiae ve insanlar. Olarak , S. cerevisiae , MSH4 ve MSH5 arasında kesişim kolaylaştırmak için, özellikle hareket homolog kromozomlar meiosis. MSH4/MSH5 kompleksi, çift Holliday bağlantılarını bağlar ve stabilize eder ve bunların çapraz ürünlere dönüşmesini sağlar. S. cerevisiae'nin bir MSH4 hipomorfik (kısmen işlevsel) mutantı, çaprazlama sayılarında genom çapında %30'luk bir azalma ve değişmeyen kromozomlara sahip çok sayıda mayoz gösterdi. Bununla birlikte, bu mutant, değişmeyen kromozomların ayrılmasının verimli bir şekilde gerçekleştiğini öne süren spor canlılığı modellerine yol açtı. Bu nedenle, CO rekombinasyonunun S. cerevisiae'de mayoz bölünme sırasında uygun kromozom ayrılmasını kolaylaştırdığı görülmektedir , ancak bu zorunlu değildir.
Fisyon mayası Schizosaccharomyces pombe , mayotik rekombinasyon (achiasmate segregasyonu) yokluğunda homolog kromozomları ayırma yeteneğine sahiptir. Bu yetenek , kromozomların mayotik milin kutuplarına hareketini düzenleyen mikrotübül motor dineine bağlıdır .