Структура хромосом и кариотип

Каждая хромосома содержит одну огромную молекулу ДНК в компактной, организованной структуре, а расположение полного набора хромосом индивидуума в кариотипе позволяет с первого взгляда определить их количество, размер и характер исчерченности.

Definition

Структура хромосомы — это организация ДНК и белков хромосомы в упакованную, функциональную единицу, а кариотип — это систематическое расположение полного набора хромосом индивидуума по размеру и характеру исчерченности.

Scope

Эта тема охватывает иерархическую упаковку ДНК вокруг гистонов в нуклеосомы и хроматин более высокого порядка, функциональные ориентиры хромосомы, включая центромеру и теломеры, различие между эухроматином и гетерохроматином, подготовку и прочтение кариотипа, исчерченность хромосом и номенклатуру, а также методы молекулярной цитогенетики, такие как флуоресцентная гибридизация in situ. Она рассматривает архитектуру и идентификацию хромосом; движение хромосом во время деления рассматривается в смежной теме.

Core questions

• Как молекула ДНК длиной в метр упаковывается в микроскопическую хромосому?
• Какова роль центромеры и теломер в хромосоме?
• Как подготавливается и считывается кариотип для идентификации каждой хромосомы?
• Как методы исчерченности и молекулярной цитогенетики выявляют детали хромосом?

Key concepts

• Нуклеосомы и упаковка хроматина
• Центромеры и теломеры
• Эухроматин против гетерохроматина
• Подготовка кариотипа и исчерченность хромосом
• Флуоресцентная гибридизация in situ

Mechanisms

ДНК оборачивается примерно дважды вокруг октамера гистонов, образуя нуклеосому; нуклеосомы сворачиваются в более толстые волокна, и во время деления они конденсируются далее в видимую хромосому; центромера закрепляет прикрепление веретена деления, а теломеры покрывают и защищают концы хромосом, в то время как окрашивание и меченые зонды делают отдельные области различимыми.

Clinical relevance

Изучение структуры хромосом лежит в основе клинического кариотипирования и FISH-тестирования, используемых для выявления анеуплоидий, делеций и перестроек в пренатальной диагностике и онкологии, а биология теломер связана с клеточным старением и некоторыми наследственными заболеваниями.

History

Флемминг описал хроматин и митоз в 1880-х годах, Тьио и Леван установили число хромосом человека как сорок шесть в 1956 году, методы исчерченности в начале 1970-х годов позволили однозначно идентифицировать каждую хромосому, а нуклеосомная модель упаковки хроматина была установлена позднее в том же десятилетии.

Key figures

• Walther Flemming
• Joe Hin Tjio
• Roger Kornberg

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

Какова функция теломеры?

Теломеры — это повторяющиеся концевые участки хромосом, которые защищают их от деградации и слияния с другими хромосомами, а также компенсируют постепенную потерю концевой последовательности, происходящую при каждом раунде репликации.

Почему ДНК упаковывается с гистоновыми белками?

ДНК в одной человеческой клетке имеет длину около двух метров и должна поместиться внутри крошечного ядра; обертывание ее вокруг гистонов в нуклеосомы и дальнейшее скручивание значительно уплотняет ее, сохраняя при этом организованной и доступной для использования.