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

Арктическая экспедиция: кто и зачем развивает туризм на Таймыре Арктическая экспедиция: кто и зачем развивает туризм на Таймыре

Зачем на Таймыре строить отели, создавать круизы и проводить экспедиции?

Forbes
Чем кормить ребенка Чем кормить ребенка

10 частых ошибок в питании, которые допускают мамы

Лиза
«За что меня били? За что жали?»: как умирали великие русские писатели «За что меня били? За что жали?»: как умирали великие русские писатели

Коллекция драматических финалов русских писателей

Maxim
4 вредные привычки, которые, как подтверждают исследования, медленно разрушают здоровье 4 вредные привычки, которые, как подтверждают исследования, медленно разрушают здоровье

Привычки, которые могут стать смертельными, если их не контролировать

Inc.
Боремся со стрессом: что такое медитация и как начать медитировать Боремся со стрессом: что такое медитация и как начать медитировать

Всего 20 минут медитации в день и вы снизите уровень стресса

ТехИнсайдер
Как искать жильё в Алматы: гид по районам Как искать жильё в Алматы: гид по районам

На что обратить внимание при выборе места жилья в Алматы

VC.RU
Сотрясения Марса: почему вулканы Красной планеты грозят проснуться Сотрясения Марса: почему вулканы Красной планеты грозят проснуться

В глубине Марса до сих пор есть очаги жидкой магмы, которая может стать лавой

Forbes
«Не нужно нас дубинками загонять в рай» «Не нужно нас дубинками загонять в рай»

Какую угрозу массовые протесты несут стабильности Ирана

Эксперт
Читаем эссе Джорджа Оруэлла «Обзор Читаем эссе Джорджа Оруэлла «Обзор

Отрывок из сборника эссе и рассказов Оруэлла «Обзор "Вторжения с Марса"»

Правила жизни
Что почитать у современных фантастов: 4 авторских сборника Что почитать у современных фантастов: 4 авторских сборника

Фантасты, которые успешно работают в малой форме

ТехИнсайдер
Деликатная тема Деликатная тема

Все о неприятных инфекциях – мифы, правда и анализы

Лиза
Неудобное искусство Неудобное искусство

Закат цивилизации: движение культуры на Запад, Афродита-азиатка и амфоры-гробы

Правила жизни
Как превратить город на Неве в экополис и сделать темные зимние дни в Петербурге таким же брендом, как белые ночи Как превратить город на Неве в экополис и сделать темные зимние дни в Петербурге таким же брендом, как белые ночи

Как Олег Шапиро сделает зимние дни в Петербурге таким же брендом, как белые ночи

Собака.ru
14 секретов долгого брака — узнайте, как живут счастливые пары 14 секретов долгого брака — узнайте, как живут счастливые пары

Секрет долгой и счастливой семейной жизни — делать то, что важно для вас двоих

Psychologies
Призрачные привилегии: почему сегодня все еще важно говорить о гендерном равенстве Призрачные привилегии: почему сегодня все еще важно говорить о гендерном равенстве

Почему женские привилегии — это фантом, а равноправие все еще необходимо всем

Forbes
«Дома у нее точно не все в порядке»: как Индра Нуйи 12 лет руководит PepsiCo «Дома у нее точно не все в порядке»: как Индра Нуйи 12 лет руководит PepsiCo

Отрывок из автобиографической книги Индры Нуйи «Себе нужно верить»

Forbes
Елизавета II: долг как смысл жизни Елизавета II: долг как смысл жизни

Елизавета II с самого начала твердо знала, что у нее нет возможности ошибиться

Караван историй
Маленький театр Маленький театр

Ева Польна о любви к яркому, к себе, к живописи и мечте создать бренд одежды

OK!
«Энфилдский полтергейст»: история самого задокументированного проявления паранормального «Энфилдский полтергейст»: история самого задокументированного проявления паранормального

Эта мистическая история началась в августе 1977 года в обычном районе Лондона

VOICE
«Наркомовские сто грамм»: как пили на фронте «Наркомовские сто грамм»: как пили на фронте

Воспоминания ветеранов о Великой Отечественной сильно разнятся

Maxim
Изгой из франшизы Изгой из франшизы

«Андор»: человечный космический нуар

Weekend
Как бросить курить: подробная инструкция. Часть 3 Как бросить курить: подробная инструкция. Часть 3

Как разобраться в причине зависимости от сигарет и отказаться от нее?

Psychologies
Вот-вот состоится премьера Omoda C5. Ловите несколько интересных фактов о новинке Вот-вот состоится премьера Omoda C5. Ловите несколько интересных фактов о новинке

Chery Omoda C5: почему название такое странное и как у машинки с безопасностью?

ТехИнсайдер
Сквозь тусклое стекло: фильму «Последнее танго в Париже» — 50 лет Сквозь тусклое стекло: фильму «Последнее танго в Париже» — 50 лет

Разбираем художественную ценность «Последнего танго в Париже»

Правила жизни
«Мы сейчас все время в контексте окупаемости»: как меняется ресторанная индустрия «Мы сейчас все время в контексте окупаемости»: как меняется ресторанная индустрия

Светлана Дробот — о тренде на ближневосточную кухню и ведении бизнеса с мужем

Forbes
Почему опасно быть милым: 6 причин Почему опасно быть милым: 6 причин

Что плохого в умении быть приятным, любезным, легким в общении?

Psychologies
5 исчезнувших этнических групп, которые когда-то жили в России 5 исчезнувших этнических групп, которые когда-то жили в России

Котты, гоайе и другие вымершие этнические группы России

ТехИнсайдер
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
Лучшие закуски к пиву: вобла, чипсы и все-все-все Лучшие закуски к пиву: вобла, чипсы и все-все-все

Чем все любят закусывать пиво

Maxim
Зумеры у косметолога: что хочет изменить в себе молодое поколение Зумеры у косметолога: что хочет изменить в себе молодое поколение

Как желание изменить свою внешность уживается со стремлением к принятию себя

РБК
Открыть в приложении