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

Почему самые лучшие идеи рождаются во время душа Почему самые лучшие идеи рождаются во время душа

Почему в душе ускоряется креативное мышление?

ТехИнсайдер
Как ухаживать за ногтями в домашних условиях: 10 правил Как ухаживать за ногтями в домашних условиях: 10 правил

Что делать, если слоятся и ломаются ногти?

РБК
Что нужно знать перед тем, как начать жить вместе: 8 финансовых правил — помните их Что нужно знать перед тем, как начать жить вместе: 8 финансовых правил — помните их

О чем стоит договориться заранее, чтобы уберечь совместный бюджет от форс-мажора

Psychologies
«Школа разбитых сердец»: сериал о самом важном и сложном разговоре с подростками «Школа разбитых сердец»: сериал о самом важном и сложном разговоре с подростками

Как «Школа разбитых сердец» показывает важность разговора с подростами о сексе

Forbes
Как работает катапультируемое кресло в самолете Как работает катапультируемое кресло в самолете

С ростом скоростей катапульта превратилась в настоящий шедевр технической мысли

Maxim
Ученые из Имперского колледжа Лондона выяснили, как стиль воспитания влияет на вес ребенка Ученые из Имперского колледжа Лондона выяснили, как стиль воспитания влияет на вес ребенка

Как от отношения родителей зависит избыточный вес ребенка?

Inc.
Вы можете избавиться от головной боли без таблеток! Вот несколько природных средств Вы можете избавиться от головной боли без таблеток! Вот несколько природных средств

Природные средства от головной боли, которые точно работают

ТехИнсайдер
Исполнительный директор Еврейского музея — о толерантности как искусстве Исполнительный директор Еврейского музея — о толерантности как искусстве

Для серьезной институции музейная лавка и кафе значат не меньше, чем фонды

РБК
Глаза, мозг, ромб Михаэлиса: 8 самых неожиданных эрогенных зон Глаза, мозг, ромб Михаэлиса: 8 самых неожиданных эрогенных зон

Гайд по эрогенным зонам

Maxim
8 экспонатов выставки «Под маской Венеции» 8 экспонатов выставки «Под маской Венеции»

Гости выставки-приключения могли отправиться в Венецию XVIII века

Культура.РФ
ДНК вымерших: как кости неандертальцев принесли биологу Нобелевскую премию ДНК вымерших: как кости неандертальцев принесли биологу Нобелевскую премию

Методы Сванте Паабо помогли основать целую науку о ДНК вымерших людей и животных

Forbes
Как продолжать верить в себя в трудные времена: мнение психоаналитика Как продолжать верить в себя в трудные времена: мнение психоаналитика

Как научиться иначе смотреть на свои способности и возможности

Psychologies
Как Россия колонизировала Северную Америку и что стало с нашими колониями Как Россия колонизировала Северную Америку и что стало с нашими колониями

От Аляски до юга Калифорнии в середине 18 века правила Российская империя

ТехИнсайдер
Музыка и мозг Музыка и мозг

Музыка делает детей умнее, эмпатичнее и креативнее

Здоровье
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
Как вылечить хроническую боль в спине? Ответ ученых! Как вылечить хроническую боль в спине? Ответ ученых!

Индивидуальная терапия и психотерапия — как вылечить боль в спине

ТехИнсайдер
Почему в мире так много фонтанов с “писающими мальчиками” Почему в мире так много фонтанов с “писающими мальчиками”

Почему скульпторы использовали один и тот же сюжет - писающих мальчиков?

ТехИнсайдер
Сашины слезы Сашины слезы

«Аврора»: московский комедийный нуар Романа Волобуева

Weekend
10 худших и самых редких суперкаров всех времён 10 худших и самых редких суперкаров всех времён

Представляем вам десятку редких суперкаров, которые являются одними из худших

ТехИнсайдер
Главные особенности вин из «цимлянского черного» Главные особенности вин из «цимлянского черного»

Почему моновина из «цимлянского черного» производят всего несколько виноделен

СНОБ
Почему «китайцы» все-таки захватят мир. Экспорт растет лавинообразно Почему «китайцы» все-таки захватят мир. Экспорт растет лавинообразно

Китайские автомобили неизбежно станут грозной силой на международном рынке

РБК
«Любовь — это постоянная борьба и баттл» «Любовь — это постоянная борьба и баттл»

В начале 2022 года в жизни Мота начался новый этап

OK!
Как выбрать лучший цвет комнаты для себя? Полезные факты Как выбрать лучший цвет комнаты для себя? Полезные факты

Что надо учесть при покраске стен

ТехИнсайдер
5 лучших экранизаций произведений Оскара Уайльда 5 лучших экранизаций произведений Оскара Уайльда

Самые удачные экранизации пьес и повестей Оскара Уайльда

СНОБ
Оазис тишины Оазис тишины

Плавные линии стен, округлые линии мебели и мягкая натуральная гамма

SALON-Interior
«Сижу одна в лесу без телефона». Истории людей, которые ненавидят свой день рождения «Сижу одна в лесу без телефона». Истории людей, которые ненавидят свой день рождения

День рождения не всегда бывает приятным праздником...

Лиза
Фрагмент романа «Отец смотрит на запад»: дочь русской и казаха сбегает в Москву от личной трагедии, но трагедия следует по пятам Фрагмент романа «Отец смотрит на запад»: дочь русской и казаха сбегает в Москву от личной трагедии, но трагедия следует по пятам

Отрывок из фактурного романа, написанного легкой рукой о тяжелых вещах

Правила жизни
Продукты, которые увеличат продолжительность жизни Продукты, которые увеличат продолжительность жизни

Нут, рыба, зелень и другие продукты, которые продлят вашу жизнь

ТехИнсайдер
Тихие убийцы любви: 8 токсичных мыслей для отношений Тихие убийцы любви: 8 токсичных мыслей для отношений

Как научиться замечать токсичные мысли в отношении любимого человека?

Psychologies
Дагомейские амазонки: история африканских воительниц, которых боялись даже солдаты Дагомейские амазонки: история африканских воительниц, которых боялись даже солдаты

Западноафриканское королевство Дагомея сравнивали со Спартой

Forbes
Открыть в приложении