Centromér: a kromoszóma központi régiója, szerkezete és szerepe a mitózisban

Centromér: a kromoszóma központi régiója — szerkezete, szatellit DNS és cen‑fehérjék, valamint kulcsszerepe a mitózis során a testvérkromatidák elválásában.

A centromér a kromoszóma egy speciális régiója, általában a kromoszóma közepe közelében. Ez az a hely, ahol a két azonos testvérkromatida érintkezik, amikor a kromoszóma a mitózisban az orsóhoz kapcsolódik. A régió különleges DNS-típusokat tartalmaz, amelyek tandem ismétlődő szekvenciák (szatellit DNS). Ezek a szekvenciák specifikus fehérjéket, úgynevezett "cen"-fehérjéket kötnek.

A mitózis során a centromerek a metafázis stádiumában a kromoszómán szűkületként láthatók. Ezen a centromerikus szűkületnél a kromoszóma két fele, a testvérkromatidák a késői metafázisig együtt maradnak.

Szerkezete és molekuláris összetétele

A centromerikus régiót nemcsak a speciális, ismétlődő DNS-szekvenciák jellemzik, hanem egy jellegzetes fehérje- és kromatinarchitektúra is. Kulcsfontosságú elemei:

• Centromerikus DNS: sok élőlényben tandem ismétlődő szekvenciák (pl. az emberben az alfa-szatellit DNS) alkotják a centromert, de a DNS-szekvencia önmagában nem mindig határozza meg a centromer helyét.
• CENP-A: a hiszton H3 speciális variánsa, amely a centromer kromatinjába épül be, és epigenetikai jelként szolgál a centromer identitásához. A CENP-A köré szerveződő nukleoszómák speciális felületet nyújtanak a fehérje-komplexeknek.
• Kinetochore: a centromer felett felépülő több száz fehérjéből álló multiproteikus komplex, amely közvetlen kapcsolatot teremt a kromoszóma és a mikrotubulusokból álló mitotikus orsó között.
• Pericentromerikus heterokromatin: a centromer körüli, kompakt kromatinrégió, gazdag heterokromatin-markerekben (pl. H3K9 metiláció). Ez a régió fontos a testvérkromatidák összetartásához és a kromoszóma-stabilitás fenntartásához.

Funkció a mitózis során

A centromer alapvető szerepet játszik a pontos kromoszómaelosztásban:

• Testvérkromatidák összetartása: a centromernél jelenlévő cohesin fehérje komplexek tartják együtt a testvérkromatidákat, amíg azok helyes kapcsolódását az orsó mikrotubulusai ellenőrzik.
• Mikrotubulus-kapcsolódás és kinetochore: a kinetochore a centromeren épül fel, és ehhez rögzülnek a mikrotubulusok. A két ellentétes pólus felől érkező mikrotubulusok biztosítják, hogy a testvérkromatidák ellentétes irányba húzódjanak a anafázisban.
• Spindle Assembly Checkpoint (SAC): a centromer/kinetochore területén működő ellenőrző mechanizmus (például Mad és Bub fehérjék) érzékeli, ha egy kromatid nincs helyesen csatlakoztatva, és megakadályozza az anafázisba való belépést addig, amíg minden kapcsolat helyes nem lesz.
• A testvérkromatidák szétválása: a késői metafázisban a szeparáz enzim felhasítja a cohesin komplexeket, így az anafázisban a centromere leválik, és a kromatidok vándorlása megkezdődik.

Típusok és különbségek

Nem minden centromer azonos:

• Pontos (point) centromerek: rövidek, meghatározott rövid DNS-szekvenciák határozzák meg őket (például Saccharomyces cerevisiae—az élesztő egyes fajaiban).
• Regionális centromerek: nagyobb, ismétlődő szekvenciákat és speciális kromatint tartalmaznak; a legtöbb növény és állat (köztük az ember) ilyen centromerekkel rendelkezik.
• Holocentrikus kromoszómák: egyes növényekben és gerinctelenekben (pl. bizonyos fonálférgek) a centromer funkció az egész kromoszóma mentén megoszlik, nem csak egy helyen.
• Neocentromerek: időnként egy korábban nem-centromer régió megszerzi a centromer funkciót (epigenetikus módon), ami evolúciós és klinikai szempontból is érdekes jelenség.

Kromoszóma-geometria és cytogenetika

A centromer helyzete alapján a kromoszómákat gyakran osztályozzák: metacentrikus (centromer közel a középvonalon), submetacentrikus, akrocentrikus és telocentrikus (centromer a végen). A karyotípus-elemzésnél a centromer érzékelhető szűkületként segít az egyes kromoszómák azonosításában.

Klinikai jelentőség

A centromerek hibás működése súlyos következményekkel járhat:

• Nondiszjunkció és aneuploidia: a kromoszómák hibás elosztása (pl. egy kromoszómapár véletlenül mindkét példánya ugyanabba a sejtdaughterbe kerül) aneuploid állapotokat okozhat, amelyek embereknél fejlődési rendellenességekhez (pl. Down-szindróma) vagy a sejtek rosszindulatú átalakulásához vezethetnek.
• Rák: centromer- és kinetochore-diszfunkció gyakori a tumorokban, hozzájárulva genom-instabilitáshoz és heterogenitáshoz.
• Diagnosztika és kutatás: a centromerek vizsgálata (például FISH módszerekkel vagy karyotípiával) fontos a kromoszómaabnormitások kimutatásában.

Összefoglalás

A centromer több mint egyszerű „összekapcsolási pont”: komplex epigenetikai és fehérjealapú rendszert alkot, amely nélkülözhetetlen a kromoszómák pontos elosztásához a sejtosztódás során. A CENP-A, a kinetochore-fehérjék, a pericentromerikus heterokromatin és a cohesion rendszerek összehangolt működése garantálja, hogy a sejtek genetikai anyaga megbízhatóan öröklődjön az utódsejtekbe.

Kérdések és válaszok

K: Mi az a centromér?

K: Milyen típusú DNS-t tartalmaz a centroméra?

K: Hogy hívják azokat a fehérjéket, amelyek a centromérában lévő specifikus DNS-szekvenciákhoz kötődnek?

K: Mikor láthatók a centromerek a mitózis során?

K: Mi történik a centromer-szűkületnél a metafázis során?

K: Miért fontos a centroméra a mitózisban?

K: Milyen típusú DNS található a centromerben?

Keresés betűvel