Как хромосомы встречаются и приступают к рекомбинации?

СНОБНаука

Поиск суженого: откуда хромосомы знают, что они гомологичные

Продолжаем публикацию цикла «Зачем живые любят друг друга» о загадках размножения и других парадоксах биологии. В этой особенно длинной главе папины и мамины хромосомы встречаются и наконец-то приступают к рекомбинации.

Алексей Алексенко

1.jpg
Иллюстрация: Лика Сочкина

Глава двадцать девятая, в которой давно разлученные родственники находят друг друга

Итак, мы слегка освежили в памяти классические представления о рекомбинации. Напомню, что она бывает у всех организмов, а не только у сложных, балующихся сексом, и даже у сложных она происходит не только во время мейоза, но и по совершенно другим поводам. Теперь возвращаемся к мейозу. Он, как было сказано, начинается с того, что гомологичные хромосомы (то есть похожие хромосомы, полученные от двух родителей, каждая в составе своего гаплоидного набора) находят друг друга, чтобы потом прорекомбинировать и чинно разойтись по разным дочерним клеткам (гаметам или спорам). Как же они узнают друг друга?

В предыдущей части истории был описан процесс, в результате которого, вообще говоря, молекула ДНК может найти другую, похожую. Именно с него начинается рекомбинация. Напомню, и даже с дословной цитатой: в цепи ДНК появляется двойной разрыв, а потом «одноцепочечный хвост несчастной изуродованной молекулы ДНК мечется по клетке в поисках партнера». Легко сказать «мечется». В бактериальной клетке хвост еще может «метаться», потому что внутри она жидкая. А вот у высших, то есть эукариотических, организмов метаться особенно не приходится. Внутренность клеточного ядра больше похожа на студень, а если вглядеться пристальнее, то на сложный лабиринт из всяких непонятных молекулярных штук. Представьте себе мучения бедной маленькой хромосомки, пытающейся найти в этих дебрях родственную душу. Неудивительно, что в наших с вами ядрах обычно ничего не движется: как ни посмотри на него в микроскоп, оно выглядит инертным и всегда одинаковым (если, конечно, вы не подгадали взглянуть на ядро в момент клеточного деления). Каждая хромосома занимает в клетке определенный объем, обычно не перепутываясь с другими.

Родни Ротстейн (тот самый, который когда-то разобрался в деталях механизма рекомбинации путем «починки двойного разрыва») взялся выяснить, как именно движутся в диплоидной клетке гомологичные хромосомы. Он пометил особым красителем одинаковые (гомологичные) места в двух хромосомах дрожжей и смотрел за тем, как они себя ведут. Вели они себя, во-первых, независимо: их движения по клеточному ядру ничем не отличались от движения двух случайных локусов, ни малейшей тяги друг к другу они не проявляли. Во-вторых, пространство, освоенное ими для прогулок, было весьма невелико: не больше 1/30 объема ядра. Правда, когда в один из этих локусов вносили разрыв, движение резко активизировалось: теперь порванная хромосома гуляла уже по одной трети ядра, и даже ее нетронутая партнерша тоже явно становилась активнее. Возможно, такое ускорение действительно помогает поврежденной хромосоме найти свою родственницу и с ее помощью (то есть по образцу ее последовательности) залатать разрыв. 

Но все это относится к обычной жизни клетки, а мы говорим о мейозе. И уж при мейозе на недостаток движения хромосомам жаловаться не приходится. Особенно в этом отличился дрожжевой грибок со сложным названием Schizosaccharomyces pombe, который в некоторых странах Африки используют для приготовления исключительно мерзкого на вкус напитка — пива помбе. Эти дрожжи гаплоидные, и их ядра сливаются в диплоид только для того, чтобы перейти к споруляции. Такое диплоидное ядро — оно имеет характерную вытянутую форму, за что его и прозвали «лошадиный хвост», — с самого момента своего рождения начинает двигаться по клетке туда-сюда. Это занимает час или полтора, и лишь затем, покончив с загадочными движениями, дрожжи переходят к мейозу как таковому, причем к этому моменту все их хромосомы уже отлично рассортированы по парам. Зачем это надо грибку, вообще говоря, непонятно.

Однако странные движения происходят в начале мейоза не только у помбе-дрожжей, но и у большинства тварей. Обычно перед мейозом хромосомы собираются в некий букет — цепляются концами за определенное место на ядерной мембране. А затем хромосомы начинают в буквальном смысле трястись, то есть лихорадочно двигаться туда-сюда под действием белков-динеинов. Скорость этой тряски достигает одного микрона в секунду. Это много или мало? Если сравнивать с размером клетки — порядка десятков микронов — темп получается вполне впечатляющий.

Зачем они это делают? В этой части рассказа сакраментальный мини-диалог «Зачем? — Точно не известно» можно вставлять почти после каждой фразы, но договоримся пропускать подобные реплики на письме, а просто все время иметь их в виду. Так вот, если у вас есть моток перепутанных проводов, не самый дурацкий способ навести среди них какой-то порядок — собрать в пучок их концы и как следует встряхнуть. Кроме того, тряска поможет гомологичным хромосомам искать друг друга. Если они совершили ошибку и обознались, приняв совершенно постороннюю хромосому за своего гомолога, незнакомца еще можно с себя стряхнуть и попробовать повторить поиск.

Однако как же происходит сам процесс узнавания? Неспроста мы начали с рассказа о рекомбинации: долгое время считалось, что именно двойные разрывы и первые робкие попытки совершить рекомбинацию — это тот самый механизм, с помощью которого каждая хромосома в конце концов находит свою пару. Мейоз начинается с того, что особый белок специально делает двойные разрывы в разных местах молекул ДНК. Он называется Spo11: сперва его нашли у дрожжей, потому что мутанты по соответствующему гену не способны к споруляции. А потом оказалось, что очень похожие белки есть и у всех остальных, включая меня и вас. Если ген

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Арктическая экспедиция: кто и зачем развивает туризм на Таймыре Арктическая экспедиция: кто и зачем развивает туризм на Таймыре

Зачем на Таймыре строить отели, создавать круизы и проводить экспедиции?

Forbes
Как говорить, чтобы вас слушали: 6 советов — используйте в любых жизненных ситуациях Как говорить, чтобы вас слушали: 6 советов — используйте в любых жизненных ситуациях

Советы, как научиться говорить увлекательно и убедительно

Psychologies
Раз и навсегда: как изменилась жизнь подростков за последние 50 лет Раз и навсегда: как изменилась жизнь подростков за последние 50 лет

Как жили дети и подростки, когда не было интернета, а дружба была «навсегда»

СНОБ
8 книг, которые мы читали в сентябре: список развлекательного и серьезного чтения 8 книг, которые мы читали в сентябре: список развлекательного и серьезного чтения

Елизавета II, променявшая Великобританию на книги и многое другое

Правила жизни
Ученые будут охотиться на Ученые будут охотиться на

Темная материя остается неуловимой для прямого обнаружения

ТехИнсайдер
Радио геноцида: за что в Гааге судят мультимиллионера из Руанды Радио геноцида: за что в Гааге судят мультимиллионера из Руанды

Один из самых массовых геноцидов в истории

Forbes
Ника Гаркалина: Ника Гаркалина:

Дочь Валерия Гаркалина вспоминает об отце

Караван историй
10 личностей внутри нас: в чем особенности эволюционных типов поведения 10 личностей внутри нас: в чем особенности эволюционных типов поведения

Каждая из десяти личностей просыпается в тот момент, когда больше всего нужна

Psychologies

Что значит "стареть с достоинством"?

VOICE
Учителя, дети или родители: кто несет ответственность за школьный буллинг? Учителя, дети или родители: кто несет ответственность за школьный буллинг?

Какие меры необходимо предпринимать для профилактики и борьбы с буллингом?

Psychologies
Азиатские сообщества в Москве Азиатские сообщества в Москве

Азиатские коммьюнити: быт, страх и надежды их представителей

Правила жизни
История WelcomeBackHome История WelcomeBackHome

Как зарабатывать десятки миллионов рублей в год на тех, кто ищет смысл жизни?

Inc.
Разводной мост: как сохранить отношения с ребенком, если вы расстаетесь с супругом Разводной мост: как сохранить отношения с ребенком, если вы расстаетесь с супругом

Отрывок из книги «Разводный мост» — как ребенку справиться с разводом родителей

Forbes
Нет регресса — уже хорошо: литературный критик Галина Юзефович о книгах и кризисе Нет регресса — уже хорошо: литературный критик Галина Юзефович о книгах и кризисе

Галина Юзефович — как поэзия стала главной художественной формой 2022 года

Forbes
Как правильно жарить картошку? Как правильно жарить картошку?

Умеешь ли ты готовить блюдо, которое мы бы назвали одной из национальных скреп?

Maxim
Настье, уклюжий, льзя и годяй: слова, которые раньше прекрасно себя чувствовали без приставки Настье, уклюжий, льзя и годяй: слова, которые раньше прекрасно себя чувствовали без приставки

"Настье" и "льзя" были вполне самостоятельными словами с интересной этимологией

ТехИнсайдер
Режим повышенной готовности: как справиться с тревогой от чрезмерной бдительности Режим повышенной готовности: как справиться с тревогой от чрезмерной бдительности

Что делать, если при виде полицейских у метро у вас начинается паника

Psychologies
Планирование беременности: что важно знать Планирование беременности: что важно знать

Наш эксперт — врач-гинеколог дала советы женщинам, планирующим стать матерями

Psychologies
Фотокатализ помог получить нитрилы электрохимически Фотокатализ помог получить нитрилы электрохимически

Разработан метод введения цианогруппы в бензильное положение молекул

N+1
Нормальный мужчина XXI века: какой он? Часть 2. Фаллоцентризм Нормальный мужчина XXI века: какой он? Часть 2. Фаллоцентризм

Логоцентризм в контексте истории и культуры

Psychologies
Лего из молекул для лечения рака: как женщина-химик получила Нобелевскую премию Лего из молекул для лечения рака: как женщина-химик получила Нобелевскую премию

Что такое лего из молекул и как эксперименты женщины-химика стали практикой

Forbes
4 вредные привычки, которые, как подтверждают исследования, медленно разрушают здоровье 4 вредные привычки, которые, как подтверждают исследования, медленно разрушают здоровье

Привычки, которые могут стать смертельными, если их не контролировать

Inc.
96% руководителей больше замечают и ценят работу сотрудников в офисе, а не на удаленке 96% руководителей больше замечают и ценят работу сотрудников в офисе, а не на удаленке

Насколько важно на самом деле находиться в одном офисе с командой?

Inc.
С огоньком: короткие истории про зажигалки С огоньком: короткие истории про зажигалки

Буквально лет двадцать назад зажигалки носили с собой даже некурящие граждане

Maxim
Ученые имплантировали фрагменты мозга человека в новорожденных крыс Ученые имплантировали фрагменты мозга человека в новорожденных крыс

Ткани человеческого мозга были успешно трансплантированы в нервную систему крыс

ТехИнсайдер
Дворцы Его Величества: полный гид по недвижимости Карла III Дворцы Его Величества: полный гид по недвижимости Карла III

Новый британский монарх уже успел получить наследство

Forbes
Rest in рис: четыре рецепта настоящих азиатских блюд из риса Rest in рис: четыре рецепта настоящих азиатских блюд из риса

Как приготовить рис точь-в-точь как в Корее, Китае, Индии или Вьетнаме?

Правила жизни
Золото Мирмекия: монеты Александра Великого в крымской земле Золото Мирмекия: монеты Александра Великого в крымской земле

Откуда на берегах Керченского пролива так много кладов?

N+1
Как прогрессирует деменция: 4 стадии Как прогрессирует деменция: 4 стадии

Как проявляются разные стадии деменции и как выявить ее приближение

Psychologies
«Нам надо поговорить»: 11 ловушек, которых стоит избегать в диалоге «Нам надо поговорить»: 11 ловушек, которых стоит избегать в диалоге

Как избежать наиболее распространенных подводных камней в общении?

Psychologies
Открыть в приложении