Ядерный диморфизм - это термин, относящийся к особой характеристике наличия в клетке двух разных типов ядер . Есть много различий между типами ядер. Эта особенность наблюдается у простейших инфузорий , таких как Tetrahymena , и некоторых фораминифер . Инфузории содержат два типа ядер: макронуклеус, который в основном используется для контроля метаболизма , и микроядро, которое выполняет репродуктивные функции и генерирует макронуклеус. Состав комплексов ядерных пор помогает определить свойства макронуклеуса и микроядра. [1] Ядерный диморфизм подвергается сложному эпигенетическому контролю. Ядерный диморфизм постоянно изучается, чтобы понять, как именно работает этот механизм и как он полезен для клеток. Изучение ядерного диморфизма полезно для понимания старых эукариотических механизмов, которые сохранились в этих одноклеточных организмах, но не эволюционировали в многоклеточных эукариот. [2]
Ключевые компоненты [ править ]
Ресничное простейшее Tetrahymena - полезная исследовательская модель для изучения ядерного диморфизма; он поддерживает два различных ядерных генома , микроядро и макронуклеус. Макронуклеус и микроядро расположены в одной цитоплазме, однако они очень разные. [1] Геном микроядра содержит пять хромосом, которые подвергаются митозу во время деления микроядра и мейозу во время конъюгации , которая является половым делением микроядра. Макроядерный геном разрушается и катаболизируется один раз за жизненный цикл.во время конъюгации, что позволяет ему быть сайт-специфичным, и новый макронуклеус дифференцируется от митотического потомка конъюгированного микроядра. [3] Различия в делении и общих процессах показывают, насколько разные молекулы функционально и структурно различны. Эти различия играют активную роль в деятельности и функциях клеток, в которых они расположены.
Макро против микроядер [ править ]
Макронуклеусы и микроядра различаются по своим функциям, даже если они расположены в одной и той же клетке. Микроядро глобально подавляется во время вегетативного состояния и служит диплоидным ядром зародышевой линии , тогда как вся известная экспрессия вегетативных генов происходит в макронуклеусе, который представляет собой полиплоидное соматическое ядро. [3] Микронуклеус делится раньше микронуклеуса в состоянии вегетативного роста. Макронуклеус активен в транскрипции. Он также помогает в активности и контроле цитоплазмы наряду с ядерными событиями, которые происходят внутри клетки. Микроядро имеет плотно упакованный хроматин и отсутствие ядрышек . [4]Микронуклеус образует зиготические ядра во время мейоза во время конъюгации. Эти зиготические ядра могут следовать процессу и дифференцироваться в клетки макронуклеуса или микроядра. С другой стороны, клетки макронуклеуса дифференцируются за счет изменений в ДНК. Это приводит к тому, что макроядерные клетки становятся огромными по сравнению с микроядерными клетками, отсюда и их названия макро и микро. [1]
Роль ядерного порового комплекса [ править ]
Недавние исследования показали, что комплексы ядерных пор в двухъядерных инфузориях могут различаться по своему составу. Это приводит к различиям, наблюдаемым в микроядрах и макронуклеусах. 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 ядерной поры участвует в том, как молекулы перемещаются через ядерную оболочку при попытке достичь ядра или цитоплазмы в процессе, называемомядерно-цитоплазматический перенос . [5] Было обнаружено, что комплексы ядерных пор играют важную роль в транспорте к макронуклеусам и микронуклеусам, 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 микроядром и макронуклеусом. [1]
Исследование [ править ]
Как упоминалось ранее, исследования были проведены с участием Tetrahymena , одноклеточного эукариота. У этого эукариота есть очень интересные механизмы, влияющие на их функции. Исследования этих механизмов привели к новым открытиям свойств этого эукариота и общих свойств ядерного диморфизма.
У тетрахимены есть две основные части своего жизненного цикла. существует стадия бесполого размножения, включающая бинарное деление, а также нерепродуктивная половая стадия, называемая конъюгацией. На этой стадии конъюгации клетка микроядра подвергается мейозу. Во время бинарного деления макронуклеус делится амитотически, а клетка микроядра делится митотически. Эти различия играют роль в различиях между макронуклеусами и микроядерными клетками, а также обеспечивают различие между их вегетативными геномами. Во время конъюгации отбираются некоторые ядра. Эти ядра разрушаются с помощью механизма, называемого программируемой ядерной смертью. [2]Поскольку конъюгация различна для обоих этапов, это приводит к различиям в микроядрах и макронуклеусах к концу конъюгации. Изменения сохраняются на протяжении всего цикла. [1]
Есть и другие уникальные биологические и биохимические различия между микроядром и макронуклеусом. Есть три способа распространения генетической информации во время деления ядра. К ним относятся мейоз в микроядерных клетках, амитоз в микроядерных клетках и митоз в микроядерных клетках. Мейоз микроядерных клеток включает вытягивание генома за пределы клетки, в то время как амитоз макроядерных клеток включает случайное распределение генома. [2]
Недавние [ править ]
Недавние исследования были сосредоточены на причинах различий между микроядром и макронуклеусом. Функциональные различия между микроядром и макронуклеусом в течение некоторого времени приписывались избирательности транспорта через ядерную мембрану , и это продолжает оставаться темой для исследований наряду с другими продолжающимися исследованиями. Какие молекулы могут проходить, зависит от ядерных пор макронуклеуса и микроядра. Поры макронуклеуса позволяют проникать молекулам большего размера по сравнению с порами микроядер. Считается, что это различие связано с составом белков и комплексным расположением ядерных пор между двумя типами ядер. [5]
Еще одно недавно экспериментально проверенное различие между микроядром и макронуклеусом - это специфичность, обусловленная конкретными белками каждого из них. Различные нуклеопорины в каждом из них вносят вклад в структурные различия между двумя ядрами, что, в свою очередь, вызывает функциональные различия. [5]
Тетрахимены продолжают изучать и исследовать, чтобы понять, как они работают и как они управляют своими сложными биологическими процессами. Инфузории и подобные им эукариоты помогают объяснить старые эукариотические механизмы, которые были сохранены вместе с ними. Поскольку одноклеточные инфузории представляют последнего общего предка эукариот, это также помогает объяснить механизмы и вызывает интерес к тому, почему эти механизмы сохранились, а затем исчезли в процессе эволюции. [2] Несмотря на то, что многое было исследовано и открыто о ядерном диморфизме, все еще есть возможности для дополнительных исследований, чтобы расширить текущие знания за счет улучшения предыдущих исследований.
См. Также [ править ]
- Эпигенетический контроль инфузорий
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e Гольдфарб Д.С., Горовский М.А. (июнь 2009 г.). «Ядерный диморфизм: две горошины в стручке». Текущая биология . 19 (11): R449-52. DOI : 10.1016 / j.cub.2009.04.023 . PMID 19515351 .
- ^ a b c d Ориас E, Сервантес MD, Гамильтон EP (2011). «Tetrahymena thermophila, одноклеточный эукариот с отдельными зародышевыми линиями и соматическими геномами» . Исследования в области микробиологии . 162 (6): 578–86. DOI : 10.1016 / j.resmic.2011.05.001 . PMC 3132220 . PMID 21624459 .
- ^ а б Ориас E (2000). «На пути к секвенированию генома Tetrahymena: используя дар ядерного диморфизма». Журнал эукариотической микробиологии . Журнал эукариотической микробиологии. 47 (4): 328–33. DOI : 10.1111 / j.1550-7408.2000.tb00057.x . PMID 11140445 .
- ^ Görtz Н (1988). Парамеций . Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 9783642730863. OCLC 851763096 .
- ^ a b c Ивамото М., Осакада Х, Мори С., Фукуда Й, Нагао К., Обусе С., Хираока Й, Харагути Т. (май 2017 г.). «Тетрахимена» . Журнал клеточной науки . 130 (10): 1822–1834. DOI : 10,1242 / jcs.199398 . PMC 5450191 . PMID 28386019 .
