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

Комплекс неполноценности и непомерное эго: что значит ваше фото в соцсетях — анализирует психолог Комплекс неполноценности и непомерное эго: что значит ваше фото в соцсетях — анализирует психолог

Что именно сообщает другим пользователям ваша фотография в соцсетях?

Psychologies
Время сильных женщин: как Теруань де Мерикур боролась за равноправие в XVIII веке Время сильных женщин: как Теруань де Мерикур боролась за равноправие в XVIII веке

Теруань де Мерикур разрушала гендерные стереотипы еще в XVIII веке

Forbes
Путешествия – способ узнать мир, в котором повезло жить Путешествия – способ узнать мир, в котором повезло жить

Путешествовать очень полезно для здоровья!

Здоровье
Как радоваться жизни несмотря на удары судьбы: простое упражнение Как радоваться жизни несмотря на удары судьбы: простое упражнение

Делимся упражнением, которое поможет вернуть радость жизни

Psychologies
Лучшие киносцены секса в автомобиле по версии редакции MAXIM Лучшие киносцены секса в автомобиле по версии редакции MAXIM

Если ты посмотришь эти фильмы с девушкой и она не заведется, сдавай ее в ремонт

Maxim
Ученые из Великобритании рассказали, как проходить 10 тыс. шагов в день, чтобы получить максимум пользы Ученые из Великобритании рассказали, как проходить 10 тыс. шагов в день, чтобы получить максимум пользы

Есть ли какой-то специальный способ ходить, как мы должны это делать?

Inc.
Тайны кальянов: мегазатяжки, кокос и чайный лист Тайны кальянов: мегазатяжки, кокос и чайный лист

Курение кальяна овеяно кучей легенд. Что из них правда?

Maxim
Пережить черную полосу: что происходит с психикой при затяжном стрессе Пережить черную полосу: что происходит с психикой при затяжном стрессе

Что происходит с психикой, когда стресс и неопределенность становятся затяжными?

Forbes
Почему медики не советуют принимать пищу слишком поздно: открытие расставило все точки над i Почему медики не советуют принимать пищу слишком поздно: открытие расставило все точки над i

Почему нам так вредны перекусы в ночное время.

ТехИнсайдер
Из широких штанин: осваиваем стиль 2000-х, глядя на молодого Эминема Из широких штанин: осваиваем стиль 2000-х, глядя на молодого Эминема

Мы составили небольшой гид по стилю Y2K

Правила жизни
«Рынок будет трансформироваться»: Катя Мухина о глянце, моде и своем новом проекте «Рынок будет трансформироваться»: Катя Мухина о глянце, моде и своем новом проекте

Катя Мухина — о том, почему в России сложно делать печатные журналы

Forbes
«Инопланетянин» с болота Целау «Инопланетянин» с болота Целау

Каждая капля воды населена своими специфическими существами

Наука и жизнь
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
Когда близкий болен: как убедить пожилого родственника принять помощь Когда близкий болен: как убедить пожилого родственника принять помощь

Как найти с пожилыми родственниками общий язык и убедить принять заботу

Psychologies
Как открыть банковский счет и получить карту в Казахстане Как открыть банковский счет и получить карту в Казахстане

Как открыть банковский счет в Казахстане

Forbes
Научный халифат Научный халифат

Что ислам подарил христианскому Западу

Вокруг света
«Вы же девочки»: как детские игры и школьные дискотеки создают гендерные стереотипы «Вы же девочки»: как детские игры и школьные дискотеки создают гендерные стереотипы

Зачем ученые изучают девичество?

Forbes
Не то «безупречный управленец», не то «финансовый гангстер»: как президент главного банка США 1920-х обвалил биржу Не то «безупречный управленец», не то «финансовый гангстер»: как президент главного банка США 1920-х обвалил биржу

Чарльз Митчелл превратил одно из самых пугающих мест — банк — в универмаг

VC.RU
Чем сложный секс лучше простого Чем сложный секс лучше простого

Парадоксы биологии — мейоз

СНОБ
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
Физически сильные мира сего Физически сильные мира сего

Возможен ли баланс спорта, жизни и работы на руководящей должности?

Men Today
Шесть мифов о диагностике Шесть мифов о диагностике

Исследования, которые не всегда эффективны при диагностике заболеваний

Здоровье
Кто был прототипом Маугли из произведения Киплинга? Дина Саничар — индийский мальчик, танцующий с волками Кто был прототипом Маугли из произведения Киплинга? Дина Саничар — индийский мальчик, танцующий с волками

Можно вытащить человека из джунглей, но джунгли из человека — нет

ТехИнсайдер
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
Начать заново Начать заново

Как две подруги основали в Воронеже студию реставрации старой мебели

Новый очаг
Черные дыры извергают потоки вещества со сверхсветовой скоростью Черные дыры извергают потоки вещества со сверхсветовой скоростью

Почему потоки веществ из черных дыр достигают такой колоссальной скорости?

ТехИнсайдер
Что чувствует человек на разных стадиях алкоголизма. Отрывок из книги Что чувствует человек на разных стадиях алкоголизма. Отрывок из книги

Фрагмент из книги «Зависимость» об алкоголизме и его причинах

СНОБ
Берлинская стена / антифашистский вал Берлинская стена / антифашистский вал

Казалось, что Берлинская стена будет стоять вечно

Дилетант
«Они не знают, откуда берется чистое белье»: кто помогает социальным сиротам в России «Они не знают, откуда берется чистое белье»: кто помогает социальным сиротам в России

Директор фонда «Дети наши» рассказала, с какими трудностями они сталкиваются

Forbes
«Эта книга изменила историю нашей семьи»: как Томас Манн написал «нобелевский» роман «Эта книга изменила историю нашей семьи»: как Томас Манн написал «нобелевский» роман

Отрывок из биографии Томаса Манна, которую написал Колм Тойбин

Forbes
Открыть в приложении