Bij eukaryoten delen cellen van het lichaam zich om meer cellen te maken in een proces dat mitose. Voortplantingsorgaancellen ondergaan een ander soort celdeling, genaamd meiosis. In deze processen gaan cellen verschillende fasen in om deling te bereiken. Kinetochoren spelen een belangrijke rol bij de celdeling en zorgen voor de juiste verdeling van DNA naar dochtercellen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Kinetochoren en niet-kinetochoor-microtubuli zijn behoorlijk verschillend van structuur. Ze werken allebei samen om te zorgen voor de juiste verdeling van DNA naar dochtercellen bij celdeling.
Waarom is mitose nodig?
Eukaryotische cellen mitose ondergaan voor nieuwe of groeiende weefsels en voor ongeslachtelijke voortplanting. Eén cel deelt zich in twee nieuwe dochtercellen, waarbij de kern en de chromosomen worden gesplitst om dit te doen. Deze nieuwe cellen zijn identiek.
Om dit proces succesvol te laten verlopen, moet het aantal chromosomen van de cellen behouden blijven, wat betekent dat ze voor elke nieuwe dochtercel moeten worden gekopieerd. Mensen hebben 23 paar
Stadia van mitose
Het doel van celdeling is om genetisch materiaal zo in nieuwe dochtercellen te kopiëren dat ze goed kunnen functioneren. Om dit te laten gebeuren, moet elke DNA-eenheid worden herkend, dus er moet een verband tussen zijn en andere delen van de cel voor distributie, en er moet een manier zijn om het DNA naar de dochter te verplaatsen cellen.
Tussen celdelingen bevindt de cel zich in een fase genaamd interfase, die bestaat uit de eerste opening of G1 fase, de S-fase en de tweede opening of G2 fase.
Na de interfase begint de mitose met profase. Op dit punt chromatine in de kern wordt gedupliceerd. De resulterende zusterchromatiden zijn compact gedraaid. De nucleolus verdwijnt, en een structuur genaamd a spindel vormt zich in het cytoplasma van de cel, gemaakt van spindelvezels.
Prometafase volgt. In deze stap zijn er nucleaire envelopfragmenten in het cytoplasma. De spindel microtubuli, of lange buisvormige eiwitstrengen, gaan verder op de chromosomen om hun werk te beginnen. Aan het aangrenzende centromeer tussen de zusterchromatiden, een eiwitcomplex genaamd a kinetochoor verschijnt. Microtubuli hechten zich aan deze nieuwe structuur.
In metafasecentrosomen vormen zich aan de tegenoverliggende celpolen. De chromosomen rangschikken zich in een lijn. Microtubuli strekken zich uit naar de centrosomen en er wordt een spil gemaakt. De microtubuli voeren de anafase dia, waarbij de chromosomen worden verplaatst totdat ze gecentraliseerd zijn op de evenaar van de cel.
Gedurende anafase, worden de gepaarde chromatiden gescheiden. Deze vormen nieuwe chromosomen. Hun centrosomen worden uit elkaar geduwd door niet-kinetochoor microtubuli. De chromosomen worden verplaatst naar de tegenovergestelde uiteinden van de cel.
Telofase resulteert in cellulaire verlenging door de niet-kinetochoor microtubuli. De voormalige kernfragmenten helpen om nieuwe kernen voor de dochtercellen te creëren. Dan komen de verdraaide chromosomen los.
Eindelijk, in cytokinesewordt het eigenlijke cytoplasma van de cel gesplitst om te resulteren in de nieuwe dochtercellen.
Wat is een kinetochoor?
In 1880 ontdekte anatoom Walther Flemming de aanhechtingsplaats voor mitotische spindels op chromosomen. Dit was de kinetochoor. Meer recentelijk zijn menselijke kinetochoren in snel tempo opgehelderd.
De kinetochoordefinitie in de biologie is a eiwitcomplex die zich vormt op chromosomen in hun centra, in een gebied dat het centromeer wordt genoemd. Kinetochoren spelen de cruciale rol voor het goed distribueren van DNA naar nieuwe dochtercellen in mitose.
Dit eiwitcomplex wordt beschouwd als een macromolecuul. Hoewel het DNA van verschillende organismen sterk varieert, lijken kinetochoren erg op elkaar tussen soorten en zijn ze dus: geconserveerd.
Verschillen tussen kinetochoren en niet-kinetochoormicrotubuli
Kinetochoren verschillen op tal van manieren van niet-kinetochoor-microtubuli. Hun structurele verschil is het eerste verschil. Kinetochoren zijn grote structuren gemaakt van veel verschillende eiwitten, geassembleerd op de centromeren van chromosomen.
Kinetochoren dienen als een brug tussen het DNA van een chromosoom en niet-kinetochore microtubuli. Nonkinetochoor microtubuli zijn polymeren die werken met kinetochoren om chromosomen uit te lijnen en te scheiden. Nonkinetochore microtubuli kunnen lang en spichtig zijn en hebben verschillende functies. Deze verschillende structuren moeten echter samenwerken om controle te krijgen over chromosomen en hun beweging tijdens mitose.
De functie van een kinetochoor
Kinetochoren werken in wezen als kleine machines die interageren met cellulaire structuren om chromosomen te verplaatsen tijdens celdeling. Dit is een grote verantwoordelijkheid voor de kinetochoor; als ze niet goed worden verplaatst, kunnen fouten in het DNA leiden tot schadelijke genetische aandoeningen of misschien tot kanker. Een kinetochoor heeft een functioneel centromeer nodig zodat het zich kan verzamelen op chromosomaal DNA en aan zijn cruciale rol kan werken.
De histon centromeer eiwit A, of CENP-A, vormt nucleosomen op centromeren. Het dient als de plaats voor de vorming van kinetochoren. CENP-A-nucleosomen werken samen met CENP-C, in de binnenste kinetochoor, en hierdoor kan de kinetochoor worden geassembleerd zodat het chromatine kan worden gekopieerd. De kinetochoor wordt gebruikt als een stabiele methode voor DNA-herkenning, zodat mitose kan doorgaan.
Kinetochoor- en nonkinetochoor-interactie
Zodra kinetochoren zich op een chromosoom mogen verzamelen, verzamelen eiwitten zich en beginnen ze die bovengenoemde machine te bouwen. Bij gewervelde dieren kunnen er meer dan 100 eiwitten in één kinetochoor zitten. De binnenste kinetochoor bestaat uit eiwitten die interageren met het centromeer van de chromatine. De eiwitten van de buitenste kinetochoren werken om niet-kinetochore microtubuli te binden. Dit is een ander verschil tussen kinetochoren en niet-kinetochoren.
De assemblage van de kinetochoor wordt zorgvuldig door de celcyclus geleid, zodat zodra een cel de mitose binnengaat, een dynamische assemblage van de kinetochoor binnen enkele minuten kan plaatsvinden. Daarna kan het complex naar behoefte worden gedemonteerd. De controle van de kinetochoor-assemblage wordt bijgestaan door: fosforylering.
Kinetochoren moeten direct met veel niet-kinetochoor-microtubuli werken. Het complex genaamd Ndc80 maakt deze interactie mogelijk. Het is een beetje een dans, omdat de microtubuli in lengte veranderen terwijl ze polymeriseren en depolymeriseren. De kinetochoor moet bijblijven. Deze "dans" genereert kracht.
Tijdens de anafase worden de kinetochoren gegrepen door niet-kinetochore microtubuli van de tegenovergestelde polen en worden ze door die microtubuli getrokken zodat de chromosomen kunnen scheiden. De microtubuli-motoren zoals: kinesine en dynein helpen dit. Extra kracht wordt gegenereerd wanneer de microtubuli depolymeriseren. De kinetochoor fungeert als een controller van de krachten van de microtubuli, zodat het chromosomen kan uitlijnen voor segregatie.
Controleren op fouten
De dynamische kinetochoor is niet zomaar een kleine machine die chromosomen uit elkaar beweegt. Het werkt ook als een controle op de kwaliteitscontrole. Elke fout die in het proces wordt gemaakt, kan leiden tot genetische fouten. Kinetochoren werken ook om defecte bijlagen met microtubuli te stoppen; dit wordt geholpen door Aurora B-kinase via fosforylering.
In de buurt van de kern van centromeren, een eiwitcomplex genaamd Pcs1/Mde4 werkt om onjuiste kinetochoor-aanhechtingen te voorkomen.
Om anafase correct te laten plaatsvinden, moeten fouten worden gecorrigeerd, of anders moet anafase worden uitgesteld. Eiwitten helpen om deze fouten op te sporen; een fout resulteert in een signaal bij de kinetochoor dat resulteert in het stoppen van de celcyclus voorafgaand aan de anafase.
Kortom, kinetochoren verschillen van niet-kinetochoor-microtubuli in zowel structuur als functie. Beiden moeten samenwerken om tot een succesvolle celdeling en behoud van DNA in nieuwe dochtercellen te komen.
Een nieuwe grens
Onderzoekers blijven ontdekken hoe de structuur en functie van kinetochoren de chromosoomsegregatie in mitose en meiose beïnvloeden. Naarmate er meer onderzoek plaatsvindt, zullen wetenschappers hopelijk een duidelijker beeld krijgen van hoe de kinetochoor-assemblage werkt tijdens DNA-replicatie, naast andere mogelijkheden. Deze kleine maar machtige machine zorgt ervoor dat de celdeling soepel verloopt en het is de moeite waard om verder te studeren.