Ядерный диморфизм
Ядерный диморфизм — это термин, обозначающий особую характеристику наличия двух разных типов ядер в клетке . Между типами ядер существует множество различий. Эта особенность наблюдается у простейших инфузорий (например, Tetrahymena ) и некоторых фораминифер . Инфузории содержат два типа ядер: макронуклеус , который в основном используется для контроля обмена веществ , и микронуклеус , который выполняет репродуктивные функции и генерирует макронуклеус. Состав комплексов ядерных пор помогает определить свойства макронуклеуса и микронуклеуса. [1] Ядерный диморфизм подлежит сложному эпигенетическому контролю. Ядерный диморфизм постоянно изучается, чтобы понять, как именно работает этот механизм и какую пользу он приносит клеткам. Изучение ядерного диморфизма полезно для понимания старых эукариотических механизмов, которые сохранились в этих одноклеточных организмах, но не превратились в многоклеточные эукариоты. [2]
Ключевые компоненты
[ редактировать ]Ресничное простейшее Tetrahymena является полезной исследовательской моделью для изучения ядерного диморфизма; он поддерживает два различных ядерных генома : микронуклеус и макронуклеус. Макронуклеус и микронуклеус расположены в одной цитоплазме, однако сильно различаются. [1] Геном микроядра содержит пять хромосом , которые подвергаются митозу во время микроядерного деления и мейозу во время конъюгации , которая представляет собой половое деление микроядра. Макронуклеарный геном расщепляется и катаболизируется один раз за жизненный цикл во время конъюгации, что позволяет ему быть сайт-специфичным, а новый макронуклеус дифференцируется из митотического потомка конъюгированного микронуклеуса. [3] Различия в делении и общих процессах показывают, насколько функционально и структурно различны молекулы. Эти различия играют активную роль в деятельности и функциях клеток, в которых они расположены.
Макро против микроядер
[ редактировать ]Макронуклеи и микроядра различаются по своим функциям, хотя расположены внутри одной клетки. Микронуклеус глобально репрессируется во время вегетативного состояния и служит диплоидным ядром зародышевой линии , тогда как вся известная вегетативная экспрессия генов происходит в макронуклеусе, который представляет собой полиплоидное соматическое ядро. [3] Микроядро делится раньше микроядра в состоянии вегетативного роста. Макронуклеус активен в транскрипции. Он также помогает в активности и контроле цитоплазмы, а также ядерных событий, происходящих внутри клетки. Микроядро имеет плотно упакованный хроматин и отсутствие ядрышек . [4] Микроядро образует зиготические ядра во время мейоза при конъюгации. Эти зиготические ядра могут следовать процессу и дифференцироваться в клетки макронуклеуса или микронуклеуса. С другой стороны, макронуклеусные клетки дифференцируются путем изменений в ДНК. Это приводит к тому, что клетки макронуклеуса огромны по сравнению с клетками микроядра, отсюда их название макро- и микро. [1]
Роль комплекса ядерных пор
[ редактировать ]Недавние исследования показали, что комплексы ядерных пор у двуядерных инфузорий могут различаться по своему составу. Это приводит к различиям, наблюдаемым в микроядре и макронуклеусе. Комплекс ядерных пор состоит из нуклеопоринов , которые являются белками. Эти нуклеопорины, Nups, специфичны для каждого типа ядра. Это приводит к структурным различиям между двумя типами. Поскольку оба ядра состоят из одних и тех же компонентов, добавляются разные количества компонентов, чтобы обеспечить структурные различия, необходимые для функций. Комплекс ядерных пор связан с тем, как молекулы перемещаются через ядерную оболочку , пытаясь достичь ядра или цитоплазмы в процессе, называемом нуклеоцитоплазматическим транспортом . [5] Было обнаружено, что комплексы ядерных пор играют важную роль в транспортировке к макронуклеусу и микроядру, поскольку в двух очень разных ядрах в разное время происходят разные процессы. Эти различия в транспортных аппаратах между двумя ядрами приводят к огромным различиям между микроядрами и макронуклеусами. [1]
Исследовать
[ редактировать ]
Как упоминалось ранее, исследования проводились с участием Tetrahymena , одноклеточного эукариота. У этого эукариота есть очень интересные механизмы, влияющие на его функцию. Исследования, проведенные для изучения этих механизмов, привели к новым открытиям свойств этого эукариота и общих свойств ядерного диморфизма.
Тетрахимены проходят две основные части своего жизненного цикла. существует стадия бесполого размножения, включающая бинарное деление , а также нерепродуктивная половая стадия, называемая конъюгацией. На этой стадии конъюгации микроядерная клетка подвергается мейозу. При бинарном делении макронуклеус делится амитотически, а клетка микроядра — митотически. Эти различия играют роль в различиях между макронуклеусами и микронуклеусами, а также обеспечивают различия между их вегетативными геномами. Во время конъюгации отбираются некоторые ядра. Эти ядра разрушаются с помощью механизма, называемого запрограммированной ядерной смертью. [2] Поскольку конъюгация на обеих стадиях различна, это приводит к различиям в микроядрах и макронуклеусах к концу конъюгации. Изменения сохраняются на протяжении всего цикла. [1]
Существуют и другие уникальные биологические и биохимические различия между микронуклеусом и макронуклеусом. Существует три способа распространения генетической информации во время деления ядра. К ним относятся мейоз в клетках микроядра, амитоз в клетках микроядра и митоз в клетках микроядра. Мейоз микроядерных клеток предполагает растяжение генома за пределы клетки, тогда как амитоз макронуклеусных клеток предполагает случайное распределение генома. [2]
Недавний
[ редактировать ]Недавние исследования были сосредоточены на причинах различий между микронуклеусом и макронуклеусом. Функциональные различия между микроядрами и макронуклеусами в течение некоторого времени объяснялись избирательностью транспорта через ядерную мембрану , и это продолжает оставаться предметом интереса для исследований наряду с другими продолжающимися исследованиями. Через какие молекулы могут пройти, зависит от ядерных пор макронуклеуса и микронуклеуса. Поры макронуклеуса позволяют проникать более крупным молекулам по сравнению с порами микроядра. Считается, что это различие объясняется составом белков и расположением комплекса ядерных пор между двумя типами ядер. [5]
Еще одно недавно экспериментально проверенное различие между микроядром и макронуклеусом — это специфичность, обусловленная конкретными белками в каждом из них. Различные нуклеопорины в каждом из них способствуют структурным различиям между двумя ядрами, что, в свою очередь, вызывает функциональные различия. [5]
Тетрахимены продолжают изучаться и исследоваться, чтобы понять, как они работают и как управляют своими сложными биологическими процессами. Инфузории и подобные им эукариоты помогают объяснить старые эукариотические механизмы, сохранившиеся у них. Поскольку одноклеточные инфузории представляют собой последнего общего предка эукариот, это также помогает объяснить механизмы и вызывает интерес к тому, почему эти механизмы сохранились, а затем исчезли в ходе эволюции. [2] Несмотря на то, что о ядерном диморфизме было исследовано и открыто многое, все еще есть возможности для дальнейших исследований, чтобы расширить текущие знания за счет расширения предыдущих исследований.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Гольдфарб Д.С., Горовский М.А. (июнь 2009 г.). «Ядерный диморфизм: две горошины в стручке» . Современная биология . 19 (11): Р449-52. дои : 10.1016/j.cub.2009.04.023 . ПМИД 19515351 .
- ^ Jump up to: а б с д Ориас Э., Сервантес, доктор медицинских наук, Гамильтон Э.П. (2011). «Tetrahymena thermophila, одноклеточный эукариот с отдельными зародышевым и соматическим геномами» . Исследования в области микробиологии . 162 (6): 578–86. дои : 10.1016/j.resmic.2011.05.001 . ПМК 3132220 . ПМИД 21624459 .
- ^ Jump up to: а б Ориас Э (2000). «На пути к секвенированию генома Tetrahymena: использование дара ядерного диморфизма». Журнал эукариотической микробиологии . 47 (4). Журнал эукариотической микробиологии: 328–33. дои : 10.1111/j.1550-7408.2000.tb00057.x . ПМИД 11140445 .
- ^ Гёрц HD (1988). Парамеций . Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 9783642730863 . OCLC 851763096 .
- ^ Jump up to: а б с Ивамото М., Осакада Х., Мори К., Фукуда Ю., Нагао К., Обусе К., Хираока Ю., Харагути Т. (май 2017 г.). «Тетрахимена » Журнал клеточной науки . 130 (10): 1822–1834. дои : 10.1242/jcs.199398 . ПМК 5450191 . ПМИД 28386019 .