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

В ограбленном погребении знатной сакской женщины нашли бляшки из ископаемых моллюсков В ограбленном погребении знатной сакской женщины нашли бляшки из ископаемых моллюсков

Среди артефактов оказались и предметы из золота

N+1
Рыба в молоке тигра: особенности перуанской кухни Рыба в молоке тигра: особенности перуанской кухни

Как быстро приготовить сытное блюдо из картофеля и откуда в Перу молоко тигра?

СНОБ
Отрывок из книги Кевина Нгуена «Новые волны» Отрывок из книги Кевина Нгуена «Новые волны»

Отрывок из истории Кевина Нгуена о том, как обрести человеческую близость

СНОБ
От сидячей работы в мозгу накапливается токсичное вещество — вот чем это опасно От сидячей работы в мозгу накапливается токсичное вещество — вот чем это опасно

Как так получается, что вы весь день сидели на месте, но все равно устали?

ТехИнсайдер
Славянский Хэллоуин — что это за праздник и как правильно его отмечать Славянский Хэллоуин — что это за праздник и как правильно его отмечать

Славяне тоже отмечали переход от осени к зиме: эту ночь называли Велесовой

VOICE
10 русских кумиров иностранных знаменитостей 10 русских кумиров иностранных знаменитостей

Кто из европейских знаменитостей любил русских культурных деятелей?

Maxim
Как уменьшить побочные эффекты химиотерапии: 3 важных правила Как уменьшить побочные эффекты химиотерапии: 3 важных правила

Как снизить побочные эффекты от терапии химиопрепаратами

Psychologies
Древний бронированный червь подарил ученым подсказки о событиях, спровоцировавших Древний бронированный червь подарил ученым подсказки о событиях, спровоцировавших

Исследователи обнаружили предка брахиопод, мшанок и форонид

ТехИнсайдер
Свет мой зеркальце скажи: что видят животные, когда смотрят на свое отражение в зеркале? Свет мой зеркальце скажи: что видят животные, когда смотрят на свое отражение в зеркале?

Что видят животные в зеркале?

ТехИнсайдер
Онежские поморы оказались генетически близки к финноязычному населению и скандинавам Онежские поморы оказались генетически близки к финноязычному населению и скандинавам

Российские генетики исследовали ДНК 130 онежских поморов мужского пола

N+1
Темную материю предложили поискать на поверхности Земли Темную материю предложили поискать на поверхности Земли

Физики смоделировали поведение гипотетических частиц темной материи

N+1
«На моих условиях»: как перестроить отношения с родителями, если я вырос, а они состарились «На моих условиях»: как перестроить отношения с родителями, если я вырос, а они состарились

Могут ли выросшие дети создать новые отношения с уже состарившимися родителями?

Psychologies

Как появились выражение "сморозил глупость" и слово "ерунда"?

ТехИнсайдер
Ученые доказали, что телепортация реальна Ученые доказали, что телепортация реальна

Эйнштейн, ты был не прав!

Maxim
Чудовищный удар астероида, уничтожившего динозавров, вызвал разрушительное цунами с волнами километровой высоты Чудовищный удар астероида, уничтожившего динозавров, вызвал разрушительное цунами с волнами километровой высоты

Астероид, убивший динозавров, разрушил отложения в океанских бассейнах

ТехИнсайдер
Один день в городе Один день в городе

Отправляемся в Ялту в поисках счастья

Лиза
Николай Коновалов: «Важный фактор в лечении грыжи диска – время. Боль может пройти сама по себе» Николай Коновалов: «Важный фактор в лечении грыжи диска – время. Боль может пройти сама по себе»

Боль в спине или шее – очень распространённая проблема. Как от нее избавиться?

Здоровье
Республика Корея Республика Корея

Интернет по паспорту, христианские секты и турбонационалисты-язычники

Правила жизни
Утром стулья, вечером деньги. Как создать бизнес и продлить жизнь старым вещам Утром стулья, вечером деньги. Как создать бизнес и продлить жизнь старым вещам

Создательницы FChairs — о формате и реставрации мебели

СНОБ
Маньяк по переписке: как платформу для фанфиков Wattpad наводнили секс-преступники Маньяк по переписке: как платформу для фанфиков Wattpad наводнили секс-преступники

Выяснилось, что Wattpad стал площадкой для сексуальных маньяков

Forbes
Мальчик и велосипед: невероятная история про умение прощать, или Второй шанс Мальчик и велосипед: невероятная история про умение прощать, или Второй шанс

Нередко общество готово осудить человека, особенно подростка за проступок

Psychologies
Как защитить от дождя себя и свой гардероб — лучшие способы и средства Как защитить от дождя себя и свой гардероб — лучшие способы и средства

Как помочь куртке и ботинкам стать водонепроницаемыми

Правила жизни
Как инвестировать в современное искусство — от классического до NFT Как инвестировать в современное искусство — от классического до NFT

Делимся знаниями, без которых в мире коллекционирования не обойтись

РБК
Вредно ли часто мыться, и что произойдет если долго не принимать душ Вредно ли часто мыться, и что произойдет если долго не принимать душ

Мыться часто — плохо, но разве лучше быть грязным?

ТехИнсайдер
Человек, который встретил неандертальца. О Нобелевском лауреате Сванте Паабо Человек, который встретил неандертальца. О Нобелевском лауреате Сванте Паабо

Что нового о геномах вымерших гоминидов и эволюции человека узнал Сванте Паабо?

ТехИнсайдер
Магия места: 5 книг, которые погружают в культуру разных стран Магия места: 5 книг, которые погружают в культуру разных стран

Увлекательные произведений для тех, кто любит знакомиться с мировыми культурами

СНОБ
Ветряки с вертикальной осью оказались эффективнее солнечных батарей в 1,5 раза! Ветряки с вертикальной осью оказались эффективнее солнечных батарей в 1,5 раза!

Новая разработка для улавливания энергии ветра на крыше

ТехИнсайдер
Три правила завтрака, которые помогут вам чувствовать себя бодрым и улучшат внимательность Три правила завтрака, которые помогут вам чувствовать себя бодрым и улучшат внимательность

Начинать свой день нужно с правильных продуктов.

ТехИнсайдер
А вы знали, что много потеть полезно для здоровья? А вы знали, что много потеть полезно для здоровья?

Рассказываем про убедительные преимущества полезного потоотделения!

ТехИнсайдер
«Поверьте, вы не одиноки»: как Черчилль, Довлатов, Стравинский и другие выдающиеся люди учились верить в лучшее «Поверьте, вы не одиноки»: как Черчилль, Довлатов, Стравинский и другие выдающиеся люди учились верить в лучшее

Довлатов, Ремарк, Черчилль — их цитаты помогут вам пережить это непростое время

Правила жизни
Открыть в приложении