кинетопласт
Кинетопласт — это сеть кольцевой ДНК (называемой кДНК) внутри митохондрии , которая содержит множество копий митохондриального генома . [1] [2] Наиболее распространенной структурой кинетопласта является диск, но наблюдались и другие формы. Кинетопласты встречаются только у Excavata класса Kinetoplastida . Вариативность строения кинетопластов может отражать филогенные взаимоотношения между кинетопластидами. [3] организма жгутика Кинетопласт обычно прилегает к базальному телу , что позволяет предположить, что он связан с некоторыми компонентами цитоскелета . У Trypanosoma brucei эта цитоскелетная связь называется трехчастным комплексом прикрепления и включает белок p166 . [4]
Трипаносома
[ редактировать ]У трипаносом , группы жгутиковых простейших, кинетопласт существует в виде плотной гранулы ДНК внутри митохондрии. Trypanosoma brucei , паразит, вызывающий африканский трипаносомоз (африканскую сонную болезнь), является примером трипаносомы с кинетопластом. Его кинетопласт легко увидеть в образцах, окрашенных DAPI , флуоресцентным ДНК красителем , или с помощью флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) с BrdU, аналогом тимидина . [5]
Структура
[ редактировать ]Кинетопласт содержит кольцевую ДНК в двух формах: максикольцах и миникольцах . Размер максикругов составляет от 20 до 40 КБ, а на кинетопласт приходится несколько десятков. В одном кинетопласте содержится несколько тысяч миникружков, размер которых составляет от 0,5 до 1 КБ. Максициклы кодируют типичные белковые продукты, необходимые для митохондрий, которые зашифрованы. В этом заключается единственная известная функция мини-колец — производство направляющей РНК (гРНК) для декодирования зашифрованной информации максикольца, обычно посредством вставки или удаления остатков уридина . Сеть макси- и мини-кругов соединена в цепочку, образуя плоскую сеть, напоминающую кольчугу . Воспроизведение этой сети затем требует, чтобы эти кольца были отсоединены от родительского кинетопласта и впоследствии повторно соединены в дочернем кинетопласте. [5] [6] Этот уникальный способ репликации ДНК может вдохновить потенциальных мишеней для лекарств .
Наиболее изученной структурой кДНК является структура Crithidia fasciculata , цепчатый диск из круглых макси- и мини-кольцев кДНК, большинство из которых не являются сверхспиральными . [3] Вне диска кДНК, но непосредственно рядом находятся два комплекса белков, расположенных на расстоянии 180° друг от друга и участвующих в репликации мини-кольца. [1] [2] [5] [6]
Вариации
[ редактировать ]Также наблюдались вариации сетей кинетопластов, которые описываются расположением и расположением их кДНК.
- Кинетопласт про-кДНК представляет собой пучковую структуру, обнаруженную в митохондриальном матриксе проксимальнее базального тельца жгутика. В отличие от обычной сети кДНК, кинетопласт про-кДНК содержит очень мало цепочек, а его макси- и мини-кольца расслаблены, а не сверхскручены. Про-кДНК наблюдалась у Bodo saltans , Bodo designis , Procryptobia sorokini syn. Бодо сорокини , Rhynchomonas nasuta и Cephalothamnium cyclopi . [3]
- Поли -кДНК кинетопласт по структуре кДНК аналогичен кинетопласту про-кДНК. Он содержит мало цепенений и не имеет сверхспиральности. Отличительной особенностью поли-кДНК является то, что поли-кДНК не состоит из одного глобулярного пучка, как про-кДНК, а распределяется среди различных дискретных фокусов по всему просвету митохондрий. Поли-кДНК наблюдалась у Dimastigella Trypaniformis ( комменсал в кишечнике термита ) , Dismastigella mimosa (свободноживущая кинетопластида) и Cruzella marina ( паразит кишечника асцидии ) . [3]
- Кинетопласт пан -кДНК , как и поли-кДНК и про-кДНК, содержит меньшую степень сцепления, но он содержит суперскрученные мини-кольца. Кинетопласты пан-кДНК заполняют большую часть митохондриального матрикса и не ограничиваются дискретными очагами, такими как поли-кДНК. -кДНК наблюдалась у Cryptobia helicis (паразита receptaculum seminis улиток Пан ), Bodo caudatus и Cryptobia бранхиалиса (паразита рыб ). [3]
- Мега -кДНК кинетопласт распределен достаточно равномерно по митохондриальному матриксу, но не содержит миникольц. Вместо этого последовательности кДНК, сходные по последовательности с другими миникольцами кинетопластов, тандемно соединяются в более крупные молекулы длиной примерно 200 т.п.н. Мега-кДНК (или структуры, подобные мега-кДНК) наблюдались у Trypanoplasme borreli (паразита рыб) и Jarrellia sp. ( китовый паразит). [3]
Наличие такого разнообразия структур кДНК усиливает эволюционное родство между видами кинетопластид. Поскольку пан-кДНК больше всего напоминает ДНК- плазмиду , она может быть предковой формой кДНК. [3]
Репликация
[ редактировать ]
Репликация кинетопласта происходит одновременно с дупликацией соседнего жгутика и непосредственно перед репликацией ядерной ДНК . В традиционной сети кДНК Crithidia fasciculata инициации репликации способствует разъединение мини-колец кДНК с помощью топоизомеразы II . Свободные миникольца высвобождаются в область между кинетопластом и митохондриальной мембраной, называемую кинетофлагеллярной зоной (КФЗ). [2] [3] [6] После репликации миникольца мигрируют по неизвестным механизмам к антиподальным белковым комплексам, которые содержат несколько белков репликации, включая эндонуклеазу , геликазу , ДНК-полимеразу , ДНК-примазу и ДНК-лигазу , которые инициируют восстановление оставшихся разрывов во вновь реплицированных миникольцах. [5]
Этот процесс происходит по одному миникольцу за раз, и лишь небольшое количество миникругов не связаны в любой момент времени. Чтобы отслеживать, какие миникольца были реплицированы, после повторного присоединения к сети кДНК в возникающих миникольцах остается небольшой пробел, который идентифицирует их как уже реплицированные. Миникольца, которые еще не реплицировались, все еще ковалентно замкнуты. Сразу после репликации каждое потомство прикрепляется к сети кДНК, проксимальной к антиподальным белковым комплексам, и разрывы частично восстанавливаются. [1] [6]
По мере репликации мини-колец, чтобы предотвратить образование новых мини-колец, вся сеть кДНК будет вращаться вокруг центральной оси диска. Считается, что вращение напрямую связано с репликацией соседнего жгутика, поскольку дочернее базальное тело также будет вращаться вокруг материнского базального тела во времени и способом, аналогичным вращению кинетопласта. Вращаясь, мини-кольца дочернего кинетопласта собираются по спирали и начинают двигаться внутрь к центру диска, поскольку новые мини-кольца разъединяются и перемещаются в KFZ для репликации. [2] [5] [6]
Хотя точные механизмы кДНК максикольца еще предстоит определить так же подробно, как и кДНК миникольца, структура, называемая nabelschnur ( по -немецки « пуповина наблюдается »), которая связывает сети дочерних кДНК, но в конечном итоге рвется во время разделения. С помощью зондов FISH для нацеливания на набельшнура было обнаружено, что он содержит кДНК максикольца. [5]
Репликация кинетопласта описывается как происходящая в пять стадий, каждая из которых связана с репликацией соседнего жгутика.
- Стадия I : кинетопласт еще не инициировал репликацию, не содержит антиподальных белковых комплексов и расположен относительно одного базального тельца жгутика.
- Стадия II : В кинетопласте начинают проявляться антиподальные белковые комплексы. Базальное тельце жгутика начинает репликацию, как и кинетопласт. Объединение реплицирующегося кинетопласта с двумя базальными тельцами приводит к тому, что он приобретает куполообразный вид.
- Стадия III : новый жгутик начинает отделяться, и кинетопласт принимает двулопастную форму.
- Стадия IV : кинетопласты появляются в виде отдельных дисков, но остаются соединенными набельшнуром.
- Стадия V : Дочерние кинетопласты полностью отделяются из-за разрыва набельшнура. Их структура идентична той, что наблюдается на стадии I. [5]
восстановление ДНК
[ редактировать ]Trypanosoma cruzi способна восстанавливать нуклеотиды в своей геномной или кинетопластной ДНК , которые были повреждены активными формами кислорода, вырабатываемыми хозяином паразита во время инфекции. [7] ДНК-полимераза бета, экспрессируемая в T. cruzi, используется для устранения окислительных повреждений ДНК в процессе эксцизионной репарации оснований . Похоже, что ДНК-полимераза бета действует во время репликации ДНК кинетопласта , восстанавливая окислительные повреждения ДНК, вызванные генотоксическим стрессом в этой органелле. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Шапиро Т.А.; Энглунд П.Т. (1995). «Строение и репликация ДНК кинетопластов». Анну. Преподобный Микробиол . 49 : 117–43. дои : 10.1146/annurev.mi.49.100195.001001 . ПМИД 8561456 .
- ^ Jump up to: а б с д Шломай Дж (2004). «Строение и репликация ДНК кинетопластов». Курс. Мол. Мед . 4 (6): 623–47. дои : 10.2174/1566524043360096 . ПМИД 15357213 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Люкс Дж. и др. (2002). «Сеть ДНК кинетопластов: эволюция невероятной структуры» . Эукариотическая клетка . 1 (4): 495–502. doi : 10.1128/ec.1.4.495-502.2002 . ПМЦ 117999 . ПМИД 12455998 .
- ^ Чжао, З; Линдси, Мэн; Рой Чоудхури, А; Робинсон, доктор медицинских наук; Энглунд, ПТ (2008). «P166, связь между митохондриальной ДНК трипаносомы и жгутиком, опосредует сегрегацию генома» . Журнал ЭМБО . 27 (1): 143–54. дои : 10.1038/sj.emboj.7601956 . ПМК 2206137 . ПМИД 18059470 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Глюенц Е и др. (март 2011 г.). «Цикл репликации кинетопластов у Trypanosoma brucei регулируется клеточным морфогенезом, опосредованным цитоскелетом» . Молекулярно-клеточная биология . 31 (5): 1012–1021. дои : 10.1128/MCB.01176-10 . ПМК 3067821 . ПМИД 21173163 .
- ^ Jump up to: а б с д и Торри А. и др. Репликация ДНК в эукариотических клетках . Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. 1996. Страницы = 1029–42. ISBN 0-87969-459-9
- ^ Jump up to: а б Шамбер-Рейс Б.Л., Нарделли С., Режис-Сильва К.Г., Кампос ПК, Серкейра П.Г., Лима С.А., Франко Г.Р., Маседо А.М., Пенья С.Д., Казо К., Хоффманн Дж.С., Мотта М.К., Шенкман С., Тейшейра С.М., Мачадо Ч.Р. (2012 г.) ). «ДНК-полимераза бета Trypanosoma cruzi участвует в репликации ДНК кинетопластов и восстановлении окислительных повреждений» . Мол. Биохим. Паразитол . 183 (2): 122–31. дои : 10.1016/j.molbiopara.2012.02.007 . ПМИД 22369885 .