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

Почему самые лучшие идеи рождаются во время душа Почему самые лучшие идеи рождаются во время душа

Почему в душе ускоряется креативное мышление?

ТехИнсайдер
От Джека Керуака до студии йоги: как правильно медитировать и зачем это нужно От Джека Керуака до студии йоги: как правильно медитировать и зачем это нужно

Зачем нужна медитация? Рассказываем, как научиться медитировать новичкам

Forbes
Котлета имени Микояна: каким был фастфуд во времена СССР Котлета имени Микояна: каким был фастфуд во времена СССР

«Отец советской столовой» — так называли министра-долгожителя Анастаса Микояна

VOICE
Очень страшные истории: Очень страшные истории:

Страшная повесть Юлии Куфман

VOICE
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
В России всегда было В России всегда было

В разные времена некоторые люди хвалят, а некоторые хулят Россию

ТехИнсайдер
Начать заново Начать заново

Как две подруги основали в Воронеже студию реставрации старой мебели

Новый очаг
Счастливая судьба Леонида Куравлева. О великом русском актере вспоминает его сын Василий Куравлев Счастливая судьба Леонида Куравлева. О великом русском актере вспоминает его сын Василий Куравлев

Кого бы ни играл, эти роли любили миллионы зрителей — искренне, всей душой

Коллекция. Караван историй
Почему ведьмы летают именно на метлах? Почему ведьмы летают именно на метлах?

Рассказываем увлекательную историю отношений ведьмы и метлы!

ТехИнсайдер
Женская лига: как самые богатые владелицы команд меняют американский футбол Женская лига: как самые богатые владелицы команд меняют американский футбол

Как женский взгляд меняет американскую футбольную лигу

Forbes
Найдены причины аномальных отклонений орбиты Урана Найдены причины аномальных отклонений орбиты Урана

Модель, которая объясняет многочисленные аномалии и странности в поведении Урана

ТехИнсайдер
В стиле кантри: как Диана Хендрикс стала богатейшей self-made женщиной Америки В стиле кантри: как Диана Хендрикс стала богатейшей self-made женщиной Америки

Диана Хендрикс: от официантки до самой успешной женщины в истории Америки

Forbes
Монарх, художница, дизайнер: чем известна единственная в мире правящая королева Монарх, художница, дизайнер: чем известна единственная в мире правящая королева

Маргарет II — иллюстратор Толкина и датская королева

Forbes
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
После инсульта в детстве правое полушарие берет на себя языковые функции левого После инсульта в детстве правое полушарие берет на себя языковые функции левого

Мозг младенцев способен гибко перестраиваться в случае травмы

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
При столкновении двух нейтронных звезд поток излучения оказался в семь раз быстрее скорости света — как такое возможно? При столкновении двух нейтронных звезд поток излучения оказался в семь раз быстрее скорости света — как такое возможно?

Что происходит, когда звезды сталкиваются?

ТехИнсайдер
Предложена новая теория, объясняющая, что такое сознание Предложена новая теория, объясняющая, что такое сознание

Человек осознает свои действия спустя полсекунды от их совершения

ТехИнсайдер
Крёстная мать перестройки Крёстная мать перестройки

Маргарет Тэтчер лучше всех почувствовала возможность перелома в Советском Союзе

Дилетант
С тобой плохо, без тебя еще хуже С тобой плохо, без тебя еще хуже

Как распознать зависимые отношения и выбраться из них

Лиза
«Меня уже мало что пугает»: Настя Красильникова о подкасте про домогательства в ЛЭШ «Меня уже мало что пугает»: Настя Красильникова о подкасте про домогательства в ЛЭШ

Настя Красильникова — о домогательствах и всеобщем молчании свидетелей

Forbes
Что случилось с дворцами Романовых после революции 1917 года? Фото «До» и «После» Что случилось с дворцами Романовых после революции 1917 года? Фото «До» и «После»

Что стало с дворцами Романовых после прихода большевиков к власти?

ТехИнсайдер
Воспитание в начале третьего тысячелетия Воспитание в начале третьего тысячелетия

Как воспитывать и как образовывать, «чтобы не было мучительно больно»

Наука
Как похищают драгоценности: самые крутые ограбления XXI века Как похищают драгоценности: самые крутые ограбления XXI века

Если ты планируешь криминальную карьеру, запомни: не ешь на рабочем месте

Maxim
Правда ли, что входящий в атмосферу космический корабль нагревается от трения о воздух? Правда ли, что входящий в атмосферу космический корабль нагревается от трения о воздух?

Что такое аэродинамический нагрев?

ТехИнсайдер
Как просить прощения, чтобы тебя действительно простили Как просить прощения, чтобы тебя действительно простили

Как правильно просить прощения

VOICE
Двое против всего мира: история любви Чарльза и Камиллы, которые ждали разрешения королевы быть вместе 34 года Двое против всего мира: история любви Чарльза и Камиллы, которые ждали разрешения королевы быть вместе 34 года

Принц Чарльз и Камилла Паркер-Боулз полюбили они друг друга еще в семидесятых

VOICE
5 способов быстро проверить штрафы онлайн: инструкция к применению 5 способов быстро проверить штрафы онлайн: инструкция к применению

Как минимизировать финансовые затраты, потерю времени и нервов при уплате штрафа

РБК
Королева здесь больше не живет: памяти Елизаветы Второй Королева здесь больше не живет: памяти Елизаветы Второй

Какой была в жизни Елизавета II

СНОБ
8 способов сделать игрушку для собаки своими руками: развлекаем питомца просто и недорого 8 способов сделать игрушку для собаки своими руками: развлекаем питомца просто и недорого

Как сделать игрушку для собаки, не потратив ни копейки

ТехИнсайдер
Открыть в приложении