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

Британские ученые: сокращение потребления соли на 1 г может спасти 4 млн жизней Британские ученые: сокращение потребления соли на 1 г может спасти 4 млн жизней

Ученые из Великобритании нашли способ снизить количество смертей в Китае

Inc.
Бада-бум обетованный Бада-бум обетованный

«Пятый элемент» Люка Бессона: утопия, которую мы потеряли

Weekend
Как жили поэты и писатели Серебряного века в эмиграции: мемуары Ирины Одоевцевой Как жили поэты и писатели Серебряного века в эмиграции: мемуары Ирины Одоевцевой

Ирина Одоевцева — мемуаристка, воссоздавшая повседневность Серебряного века

Forbes
Без головной боли и похмелья: 5 идей безалкогольных напитков на Новый год Без головной боли и похмелья: 5 идей безалкогольных напитков на Новый год

Безалкогольные варианты коктейлей для тех, кто предпочитает забыть о похмелье

ТехИнсайдер
Ученые из Великобритании: стресс вызывает вид сна, который помогает снять тревогу Ученые из Великобритании: стресс вызывает вид сна, который помогает снять тревогу

Как связаны сон и стресс?

Inc.
Мировой финал Мировой финал

Стадионы, на которых были забиты финальные мячи Чемпионата мира по футболу

Вокруг света
Спутник каждый день: реалистичны ли новые планы «Роскосмоса» Спутник каждый день: реалистичны ли новые планы «Роскосмоса»

Для производства спутника в день потребуется ломка всех принципов космопрома

Forbes
Лекарь-столетник или алоэ вера: как использовать гель растения для поддержания красоты и здоровья Лекарь-столетник или алоэ вера: как использовать гель растения для поддержания красоты и здоровья

Как пользоваться гелем алоэ

ТехИнсайдер
Глобальный рост несчастья и эпоха изоляции: 3 новые книги на тему психического здоровья Глобальный рост несчастья и эпоха изоляции: 3 новые книги на тему психического здоровья

Три книги, которые рассказывают, как можно помочь себе в самые тяжелые времена

Inc.
Когда жизнь — трагическая постановка: почему мы так любим драматизировать Когда жизнь — трагическая постановка: почему мы так любим драматизировать

Отрывок из книги Эми Джонсон «Токсичные мысли»

Psychologies
Очень страшные истории: Очень страшные истории:

Рассказ о простом пареньке, который встретился с ведьмой

VOICE
Азиатские сообщества в Москве Азиатские сообщества в Москве

Азиатские коммьюнити: быт, страх и надежды их представителей

Правила жизни
Изгой из франшизы Изгой из франшизы

«Андор»: человечный космический нуар

Weekend
Как запустить безопасный режим Windows 10 и чем это может помочь Как запустить безопасный режим Windows 10 и чем это может помочь

Все возможности запуска безопасного режима на Windows 10

CHIP
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
История WelcomeBackHome История WelcomeBackHome

Как зарабатывать десятки миллионов рублей в год на тех, кто ищет смысл жизни?

Inc.
Принять, нельзя исправить Принять, нельзя исправить

Что такое состояние эмоционального бессилия?

Новый очаг
Физики увидели волны-убийцы в бассейне со стоячими волнами Физики увидели волны-убийцы в бассейне со стоячими волнами

Физики исследовали возникновение перегриновских солитонов в стоячих волнах

N+1
Есть риск быть смешной: что категорически нельзя носить женщинам после 40 лет Есть риск быть смешной: что категорически нельзя носить женщинам после 40 лет

Из своего гардероба можно вырасти всегда

VOICE
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
Как правильно реагировать, если близкий человек манипулирует своим здоровьем Как правильно реагировать, если близкий человек манипулирует своим здоровьем

Как правильно реагировать, если близкий человек манипулирует своим здоровьем?

Psychologies
Пострадавший похож на лук: как реабилитируют диких животных после жестокого обращения Пострадавший похож на лук: как реабилитируют диких животных после жестокого обращения

Отрывок из книги «Годы с пумой» — о том, как большие кошки преодолевают тревогу

Forbes
Почти пирожное Почти пирожное

Фрукты и ягоды с самым высоким содержанием сахара

Лиза
Почему в XVII веке девушек на портретах писали с обнаженной грудью? Почему в XVII веке девушек на портретах писали с обнаженной грудью?

Что в XVII веке значила обнаженная женская грудь?

Maxim
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
Пожарные отдыхают Пожарные отдыхают

Специалисты разрабатывают систему моделирования развития лесных пожаров

Наука
8 знаменитостей, о чьих болезнях вы даже не догадывались 8 знаменитостей, о чьих болезнях вы даже не догадывались

Принято считать, что звезды — это практически небожители. Однако это не так

ЖАРА Magazine
Звезды над дюнами Звезды над дюнами

Путешествие к секретам Аравийской пустыни

Вокруг света
За клиническую точность: почему Анни Эрно получила Нобелевскую премию по литературе За клиническую точность: почему Анни Эрно получила Нобелевскую премию по литературе

Почему награждение Анни Эрно Нобелевской премией — такое важное событие

Forbes
5 древнейших цивилизаций, которые загадочно исчезли: от майя до скандинавских поселенцев 5 древнейших цивилизаций, которые загадочно исчезли: от майя до скандинавских поселенцев

Перед вами цивилизации, которые оставили археологам массу загадок

ТехИнсайдер
Открыть в приложении