Wie Chromosomen Pair Up

Nach mehr als einem Jahrhundert der Studie Geheimnisse immer noch über den Prozess der Meiose - eine besondere Art der Zellteilung , die sicherstellen, die genetische Vielfalt in sexuell reproduzierenden Organismen hilft . Jetzt haben Forscher an Stowers Institut für medizinische Forschung beleuchten eine frühe und entscheidende Schritt in der Meiose .

Die Forschung, in der 8. November 2011 Ausgabe veröffentlicht Current Biology, Erläutert die Rolle der wichtigsten chromosomalen Regionen genannt Romeren in der Bildung einer Struktur wie die synaptonemalen komplexen (SC) bekannt. " Das Verständnis dieser und andere Mechanismen in der Meiose beteiligt ist wichtig, weil die entscheidende Rolle spielt in der Meiose normalen Wiedergabe - und die schlimmen Folgen der Meiose schief gegangen ", sagt R. Scott Hawley , Ph.D., der die Studie bei Stowers geführt.

" Der Ausfall der Reifeteilung ist wahrscheinlich die häufigste Ursache einer Fehlgeburt und verursacht eine Reihe von Geburtsschäden wie Down-Syndrom ", sagt Hawley .

Meiose reduziert die Anzahl der Chromosomen von einer Person regelmäßige Zellen um die Hälfte durchgeführt , genau die Zuteilung einer Kopie jedes Chromosoms zu jeder Ei- oder Samenzelleund damit sicherzustellen, dass die richtige Anzahl von Chromosomen von den Eltern auf die Nachkommen weitergegeben . Und weil Chromosomen kommen in Paaren - 23 Sätze beim Menschen - die Chromosomen müssen korrekt aufeinander abgestimmt werden, bevor sie auf Schultern verteilt werden.

" Chromosom 1 von Ihrem Vater hat mit Chromosom 1 von Ihrer Mutter , Chromosom 2 von Ihrem Vater mit Chromosom 2 von Ihrer Mutter gekoppelt werden , und so weiter, " Hawley , erklärt , " und das ist eine wirkliche Trick Es gibt keinen Raum für Fehler . der erste Schritt der Kopplung ist der wichtigste Teil des Reifeprozesses . Sie erhalten , dass ein Teil falsch , und alles andere ist zum Scheitern verurteilt . "

Die Aufgabe ist so etwas wie der Versuch, Ihrem Partner in einer großen Box speichern finden. Es hilft, wenn Sie sich daran erinnern , was sie tragen und welche Teile des Ladens sie in der Regel häufiger (zB Filme oder Großbild-TVs ) . Auf ähnliche Weise können die Chromosomen sich paaren sich leichter , wenn sie in der Lage , ihre Partner an einem bestimmten Ort zu erkennen und sie zu finden.

Die synaptonemalen Komplex - - und benutzen, um eine enge Verbindung , die die gesamte Länge jedes Paar läuft bilden "Sobald sie an einem Ort gegenseitig identifiziert haben, werden sie den Prozess nennen wir Synapse , die den Aufbau beinhaltet diese schöne Struktur beginnen Chromosomen ", erklärt Hawley .

Einige Modellorganismen in der Studie der Meiose verwendet wird, wie Hefe und das Fadenwurm Caenorhabditis elegans , mit den Enden ihrer Chromosomen den Prozess zu erleichtern. " Diese Organismen sammeln alle die Chromosomen-Enden an der Kernhülle zu einem großen Cluster genannt Strauß oder in einen Haufen von kleineren Cluster genannt Aggregate , und das bringt die Chromosomen-Enden in die Nähe zueinander ", sagt Hawley . " Dies ändert sich das Problem, Ihre Homolog in diesem großen großen Zellkern in eine von der Suche nach Ihrem Partner nur auf der Oberfläche der Innenseite des Kerns. "

Aber der Fruchtfliege Drosophila melanogaster- Die Modellorganismus , in dem die Meiose wurde gründlich für mehr als ein Jahrhundert studiert , und die Hawley hat seit fast 40 Jahren untersucht - hat ungewöhnliche Chromosomenenden , die sich nicht auf die gleiche Art von Clustering nicht geeignet sind .

" Also auch wenn die Studie der Meiose begann in Drosophila , wir haben wirklich keine Ahnung, wie Chromosomen initiiert Synapsen in Drosophila hatten ", sagt Hawley . "Jetzt zeigen wir, dass anstelle von Clustern ihre Chromosomenenden , Fliegen Cluster ihre Romeren - hoch organisierte Strukturen, die Chromosomen zu verwenden, um während der Zellteilung zu bewegen Von dort arbeitet die Biologie so ziemlich wie man erwarten würde . Synapse an den Zentromeren initiiert , und es scheint, entlang der Arme der Chromosomen verteilt . "

Die Auswirkungen der Ergebnisse gehen über Fruchtfliegen , da gibt es einige Hinweise , dass Synapse beginnt bei Zentromeren in anderen Organismen . Außerdem Hawley und Koautoren fest, dass Centromer -Clustering kann eine Rolle später in der Meiose zu spielen, wenn Chromosomen getrennt von ihren Partnern.

"Es gibt Grund zu der Annahme , dass einige Teile dieses Prozesses mindestens erforschbaren und möglicherweise auf den Menschen übertragbar sein", sagte Hawley .

Die Arbeit ist auch bemerkenswert als ein Beispiel für Discovery-basierte Wissenschaft, sagte Hawley . "Wir haben nicht wirklich dargelegt , um die Einleitung der Meiose zu studieren; wir einfach interessiert Charakterisierung der biologischen Grundlagen der frühen Reifeteilung sind."

Aber Postdoc und Erstautor Satomi Takeo , Ph.D., bemerkte, dass Centromer Clustering und synaptonemalen komplexen Initiations trat im Konzert , und ihre fortgesetzte Beobachtungen zeigten die Rolle der Zentromer initiieren Synapse .

"Ich starrte mit müden Augen an den Zellen , die ich analysieren , " Takeo erinnert . " Irgendwie habe ich begann, mich an den Stellen, ich hatte vorher ignoriert - wahrscheinlich, weil ich dachte, dass sie nur Hintergrundgeräusche waren - . Bis ich sah, die Verbindung zwischen Romer Clustering und Synapse Einleitung Nachdem man durch viele Bilder , schrieb ich eine E-Mail an Scott und sprach: " Das ist wirklich wichtig , nicht wahr ?? ' Mit dieser Feststellung alles andere begann Sinn zu machen. "