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

Люди утопили микрофоны в воде, чтобы два года записывать ледники. Но зачем? Люди утопили микрофоны в воде, чтобы два года записывать ледники. Но зачем?

Что нам могут рассказать ледники?

ТехИнсайдер
Способы отомстить за хамскую парковку, не нарушая закон Способы отомстить за хамскую парковку, не нарушая закон

Варианты, когда месть за хамскую парковку эффективна и практически ненаказуема

Maxim
Что такое спирулина: все о популярной добавке Что такое спирулина: все о популярной добавке

Спирулина — оказывает ли сине-зеленая водоросль какое-то влияние на здоровье?

ТехИнсайдер
Большие перемены, разбитые мечты и отречение короля: какие предсказания сделал Нострадамус на 2023 год Большие перемены, разбитые мечты и отречение короля: какие предсказания сделал Нострадамус на 2023 год

Ряд пророчеств Нострадамуса относят к 2023 году. Чего же нам ждать?

VOICE
Машины знаменитостей, пущенные с молотка за огромные деньги Машины знаменитостей, пущенные с молотка за огромные деньги

Посмотрите на аукционные автомобильные лоты, принадлежавшие известным людям

РБК
Жизнь в хаосе: как беспорядок влияет на нас Жизнь в хаосе: как беспорядок влияет на нас

Почему так трудно расставаться с вещами?

Psychologies
А Лиза не может ждать А Лиза не может ждать

Елизавета Ищенко о том, как связь с персонажем помогла ей обрести себя

Grazia
Шокирующая история безобразной герцогини: как мужская месть сделала аристократку самой уродливой в мире женщиной Шокирующая история безобразной герцогини: как мужская месть сделала аристократку самой уродливой в мире женщиной

Оказывается, всё не так просто в судьбе безобразной герцогини...

VOICE
«Не могу это переварить». Как стресс влияет на пищеварение «Не могу это переварить». Как стресс влияет на пищеварение

В расстройстве может быть не только психика, но и желудок с кишечником

СНОБ
Банки и депрессия: за что дали Нобелевку по экономике Банки и депрессия: за что дали Нобелевку по экономике

Почему экономика так сильно падает?

N+1
Переосмысление лидерства и возвращение идеологии: что обещает Си Цзиньпин Переосмысление лидерства и возвращение идеологии: что обещает Си Цзиньпин

XX съезд Компартии Китая зафиксировал международную турбулентность

Эксперт
Почему самые гениальные идеи приходят в душе? Американские ученые нашли ответ Почему самые гениальные идеи приходят в душе? Американские ученые нашли ответ

Пока вы стоите под душем, ваши мысли блуждают. И вдруг — эврика!

Inc.
Who is mister Reagan? Who is mister Reagan?

Рональда Рейгана часто называют самым улыбчивым президентом США за всю историю

Дилетант
7 блюд из тыквы, которые никого не оставят равнодушными 7 блюд из тыквы, которые никого не оставят равнодушными

Тыква — универсальный овощ, который можно готовить абсолютно любыми способами!

ТехИнсайдер
14 секретов долгого брака — узнайте, как живут счастливые пары 14 секретов долгого брака — узнайте, как живут счастливые пары

Секрет долгой и счастливой семейной жизни — делать то, что важно для вас двоих

Psychologies
Китай построил колоссальный парусный супертанкер, потребляющий меньше топлива, чем обычные рыболовецкие суда Китай построил колоссальный парусный супертанкер, потребляющий меньше топлива, чем обычные рыболовецкие суда

Компания China Merchant Energy Shipping создала новый парусный супертанкер

ТехИнсайдер
Каким секс будет завтра? Обсуждают психолог, сексолог и суррогатный партнер Каким секс будет завтра? Обсуждают психолог, сексолог и суррогатный партнер

Как изменятся наши отношения, перенесем ли мы их в диджитал?

Psychologies
4 волшебных правила домашней сушки волос феном, которые все почему-то нарушают 4 волшебных правила домашней сушки волос феном, которые все почему-то нарушают

Мечтаешь дома создавать укладки не хуже, чем в салоне красоты?

VOICE
Почему Римская империя распалась на Западную и Восточную? Почему Римская империя распалась на Западную и Восточную?

Какие причины привели к тому, что Римская империя перестала существовать?

ТехИнсайдер
Подслушали в химчистке: универсальный способ вернуть белизну потускневшей одежде Подслушали в химчистке: универсальный способ вернуть белизну потускневшей одежде

Как освежить светлую одежду и вернуть ей прежний блеск - расскажем в этой статье

ТехИнсайдер
5 семейных кризисов: как выйти на новый уровень отношений 5 семейных кризисов: как выйти на новый уровень отношений

Можно ли избежать сложных периодов в семье? И что делать, когда они наступают?

Psychologies
Ученые из Великобритании выяснили, что вегетарианцы чаще страдают от депрессии. Но дело не в питании Ученые из Великобритании выяснили, что вегетарианцы чаще страдают от депрессии. Но дело не в питании

Исследователи установили, что вегетарианцы чаще мясоедов страдают от депрессии

Inc.
Безумно богатые русские: как олигархи объясняют свой успех талантом, умом и генетикой Безумно богатые русские: как олигархи объясняют свой успех талантом, умом и генетикой

Отрывок из книги «Безумно богатые русские. От олигархов к новой буржуазии»

Forbes
Странный водяной орех, или в дорогу за генами Странный водяной орех, или в дорогу за генами

Являются ли водораздельная и пойменная формы чилима отдельными видами?

Наука и жизнь
Одна вокруг света: пыльные дороги и дождевые леса Амазонии Одна вокруг света: пыльные дороги и дождевые леса Амазонии

190-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Бразилия

Forbes
У пациентов с недавно диагностированной деменцией выявили повышенный риск суицида У пациентов с недавно диагностированной деменцией выявили повышенный риск суицида

Как риск суицида зависит от диагностированной деменции

N+1
Секс на фоне краха цивилизации: фрагмент нового романа Салли Руни «Прекрасный мир, где же ты» Секс на фоне краха цивилизации: фрагмент нового романа Салли Руни «Прекрасный мир, где же ты»

Отрывок из нового романа Салли Руни о причудливых переплетениях жизней

Правила жизни
Геотермальные батареи решат главную проблему альтернативной генерации Геотермальные батареи решат главную проблему альтернативной генерации

Что такое геотермальные источники энергии?

ТехИнсайдер
Женская лига: как самые богатые владелицы команд меняют американский футбол Женская лига: как самые богатые владелицы команд меняют американский футбол

Как женский взгляд меняет американскую футбольную лигу

Forbes
Дмитрий Данилов: «Книги — это всего лишь книги. Люди читают их и забывают» Дмитрий Данилов: «Книги — это всего лишь книги. Люди читают их и забывают»

Дмитрий Данилов — о том, в какой степени книги влияют на реальность

Эксперт
Открыть в приложении