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
Как рыба об лед: что такое ригидность и почему она мешает мыслить шире Как рыба об лед: что такое ригидность и почему она мешает мыслить шире

Что такое ригидное мышление в психологии, как его распознать и преодолеть

Forbes
Что такое стыд, как он может сформировать культуру и почему его испытывают даже боги Что такое стыд, как он может сформировать культуру и почему его испытывают даже боги

Что такое стыд и как он связан с Японией и её богами?

ТехИнсайдер
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
Шок! Оказывается, ты всю жизнь пользовался попой неправильно Шок! Оказывается, ты всю жизнь пользовался попой неправильно

Прочитай наш гайд, и твоя попа будет тебе благодарна

Maxim
«Верим в лучшее, готовимся к худшему»: как изменилось положение женщин в компаниях «Верим в лучшее, готовимся к худшему»: как изменилось положение женщин в компаниях

Как мобилизация повлияла на работу женщин?

Forbes
Религия, алкоголь и наркотики: почему люди с пограничным расстройством ищут себя в них Религия, алкоголь и наркотики: почему люди с пограничным расстройством ищут себя в них

Отрывок из книги «Мы живем на Сатурне» о людях с пограничным расстройством

Psychologies
Машины знаменитостей, пущенные с молотка за огромные деньги Машины знаменитостей, пущенные с молотка за огромные деньги

Посмотрите на аукционные автомобильные лоты, принадлежавшие известным людям

РБК
Как подобрать верхнюю одежду на разную погоду: раз и навсегда разбираемся в температурном режиме вещей Как подобрать верхнюю одежду на разную погоду: раз и навсегда разбираемся в температурном режиме вещей

Шпаргалка, с помощью которой тоже больше не ошибемся с выбором верхней одежды

VOICE
Благодарность, сочувствие, гордость: 3 полезные эмоции для достижения успеха Благодарность, сочувствие, гордость: 3 полезные эмоции для достижения успеха

На достижение цели во многом влияют наши эмоции: сочувствие и благодарность

Psychologies
Дым, картошка и дорогие часы. Все о самых опасных схемах мошенников Дым, картошка и дорогие часы. Все о самых опасных схемах мошенников

Разбираемся, как не стать жертвой преступников

РБК
Это определённо лучшие способы очистки дивана без использования покупных средств! Это определённо лучшие способы очистки дивана без использования покупных средств!

Как почистить ваш диван без последствий, чтобы он выглядел наилучшим образом

ТехИнсайдер
Вера Майорова-Земская: «Учитесь у нее, как надо играть», — говорил Пырьев на съемочной площадке Вера Майорова-Земская: «Учитесь у нее, как надо играть», — говорил Пырьев на съемочной площадке

Актриса Театра на Бронной Вера Майорова-Земская — уникальный свидетель эпохи

Коллекция. Караван историй
Одна вокруг света: пыльные дороги и дождевые леса Амазонии Одна вокруг света: пыльные дороги и дождевые леса Амазонии

190-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Бразилия

Forbes
Выбираем лучший алкоголь времен СССР Выбираем лучший алкоголь времен СССР

Точки консенсуса в СССР: алкогольные напитки, знакомые всем

Maxim
«Догра Магра» «Догра Магра»

Отрывок из романа культового японского автора Юмэно Кюсаку «Догра Магра»

Правила жизни
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
Как выбрать IP-камеру, чтобы всегда быть в курсе происходящего Как выбрать IP-камеру, чтобы всегда быть в курсе происходящего

Как правильно выбирать камеры видеонаблюдения для улицы или помещений?

CHIP
Почему тело болит от холода: узнайте причину распространенной проблемы Почему тело болит от холода: узнайте причину распространенной проблемы

Почему мы так подвержены воздействию холода?

ТехИнсайдер
Художник Евгений Дедов — о бюрократии, орхидеях и возможностях Художник Евгений Дедов — о бюрократии, орхидеях и возможностях

Художник Евгений Дедов — о том, как появляются мотивы его произведений

РБК
Найдены причины аномальных отклонений орбиты Урана Найдены причины аномальных отклонений орбиты Урана

Модель, которая объясняет многочисленные аномалии и странности в поведении Урана

ТехИнсайдер
Стивен Фрай: 10 мыслей о любви, депрессии и смысле жизни Стивен Фрай: 10 мыслей о любви, депрессии и смысле жизни

Самые яркие и небанальные цитаты из книг и интервью Стивена Фрая

Psychologies
Чудо-укол: можно ли похудеть с помощью лекарства от диабета? Чудо-укол: можно ли похудеть с помощью лекарства от диабета?

Правда ли «волшебные уколы» помогут расстаться с лишними килограммами?

Правила жизни
Защита от набегов: почему Бен Бернанке и его коллеги заслужили Нобелевскую премию Защита от набегов: почему Бен Бернанке и его коллеги заслужили Нобелевскую премию

Бернанке, Даймон и Дибвиг исследовали роль банков в экономике и кризисах

Forbes
«Это сильнейшее из всего, что может представить Европа»: как продвигали Кандинского «Это сильнейшее из всего, что может представить Европа»: как продвигали Кандинского

Отрывок из книги «Герварт Вальден — куратор нового искусства. Жизнь и судьба»

Forbes
Помогает ли витамин С при простуде: что говорят исследования Помогает ли витамин С при простуде: что говорят исследования

Считается, что витамин С помогает иммунитету бороться с болезнью, но так ли это?

ТехИнсайдер
Мужчины больше подвержены риску сердечно-сосудистых заболеваний. Как это предотвратить? Мужчины больше подвержены риску сердечно-сосудистых заболеваний. Как это предотвратить?

Какими способами можно устроить профилактику сердечных заболеваний

ТехИнсайдер
Объем эндокрана и размер моляров связали с темпами внутриутробного роста гоминид Объем эндокрана и размер моляров связали с темпами внутриутробного роста гоминид

Темпы пренатального роста у гоминид увеличились за последние шесть миллионов лет

N+1
Воскресная хандра: почему мы грустим в выходные Воскресная хандра: почему мы грустим в выходные

Почему окончание выходных всегда погружает нас в уныние и мрачные мысли

Psychologies
«Ты ведьма, высосала мои творческие силы»: история одного абьюзивного союза «Ты ведьма, высосала мои творческие силы»: история одного абьюзивного союза

Отрывок из книги «Но человека человек» — четыре повести с несчастливым концом

Forbes
Открыть в приложении