Regije kromosoma

Centromera je citološki primarno utanjenje kromosoma važno za segregaciju (razdvajanje) i kretanje kromosoma tijekom diobe. Tu se nalazi heterokromatinska regija uz koju je vezana kinetohora. Kinetohora je troslojna laminarna proteinska struktura kojom se kromosom prihvaća za mikrotubule diobenog vretena. Kinetohore viših organizama sadrže osim proteina i molekulu RNA.
Znanje o kinetohorama uglavnom potječe od istraživanja tzv. CEN-regije u kromosomima kvasca. CEN-regija kvaščevog kromosoma ima promjer od 200 Å (10^-10 m) što je jednako promjeru jednog mikrotubula (MT). Jedan MT vezan je za svaku centromeru kromosoma kvasca tijekom mitoze i mejoze pa ju nazivamo točkasta centromera.
Višestanični eukarioti imaju veće centromerne regije pa je više MT vezano za jednu centromeru. Npr. kod čovjeka se u centromernoj regiji nalazi tzv. satelitna DNA koja spada u alfoidnu porodicu DNA-sekvencija. Te sekvencije, svaka dužine oko 170 pb ponavljaju se u slijedovima do 1 x 10⁶ pb. To je također visoko ponavljajuća ili visoko repetitivna DNA.

Eukariotski kromosom je linearna struktura čije krajeve nazivamo telomerama. Telomere imaju specifične funkcije:

Većina do sada izoliranih telomera sadrže ponavljajuće (repetitivne) sekvencije: ponavljanja sekvencije od 5 do 8 baza. U čovjeka se telomerna sekvencija TTAGGG ponavlja u genomu 100 do 1000 puta (Elizabeth Blackburn). Broj ponavljanja ovisi o staničnom tipu. Telomere kromosoma čovjeka otkrio je R. Moyzis korištenjem specifičnih proba s visoko repetitivnim sekvencijama DNA metodom FISH-a.
Telomerna sevencija je visoko-repetitivna sekvencija DNA koju čine brojne uzastopno ponavljajuće kopije jedne sekvencije.Telomerne sekvencije su konzervirane te ih nalazimo u kromosomima svih eukariota, a slične sekvencije nađene su u različitih eukariota (tablica 14.3.).

Krajevi kromosoma zbog specifičnog mehanizma replikacije nisu spareni što uzrokuje da se, nakon svake diobe stanice telomere skraćuju. Otkriće enzima telomeraze pomoglo je razumijevanju stabilnog održavanja krajeva kromosoma tijekom staničnog ciklusa. Telomeraza je građena od proteinskog dijela i molekule RNA. Sekvencija telomerazne RNA komplementarna je ponavljajućoj sekvenciji TTAGGG u telomerama. Telomerna sekvencija služi kao kalup za dodavanje komplementarnih TTAGGG sekvencija na 3’ kraj kromosoma (elongacija). Nakon toga se telomeraza pomiče nizvodno na kraj novosintetiranog lanca (translokacija) te ponovno dodaje novu TTAGGG sekvenciju. Nakon nekoliko ciklusa elongacije i translokacije enzimi primaza (sintetizira početnicu) i DNA-polimeraza sintetiziraju komplementarni lanac DNA na 5’ kraju (slika 14.5.). Telomere su esencijalne za funkciju proteina. Naime, budući da telomeraza održava integritet krajeva kromosoma time održava i sekvenciju vitalnih gena kao i njihove funkcije. Lom kromosoma u području telomera negativno utječe na cijelu mašineriju DNA-popravka što može završiti degradacijom kromosoma. Iako telomere ne nose gene, njihova stabilna struktura esencijalna je za duplikaciju, segregaciju i stabilnost kromosoma.

Telomeraza je aktivna u germinativnim stanicama, u matičnim stanicama odraslih jedinki i u nekim tumorskim stanicama. U somatskim stanicama odraslog organizma telomeraza nije aktivna. Stoga se u tim stanicama nakon diobe skraćuju telomere što povezujemo sa procesom starenja. Za svoja istraživanja na telomerama i telomerazi E. Blackburn je 2009. dobila Nobelovu nagradu za Medicinu i Fiziologiju. Istraživanja na miševima 2010. su pokazala da se inaktivirana telomeraza može reaktivirati što daje nadu za vraćanje funkcije mnogih organskih sustava te lječenje nekih bolesti, pogotovo onih povezanih sa starenjem. 

Genom je ukupan genetski komplement prokariota ili virusa, odnosno haploidni genetski komplement eukariota. Količina DNA po haploidnom genomu ovisi o složenosti organizma.

Količina DNA po genomu (po haploidnom kromosomskom setu) eukariota je C – vrijednost i najčešće se izražava u parovima baza (pb).
Složenost nekog organizma nije direktno povezana s količinom DNA što nazivamo paradoksom C-vrijednosti. Količina DNA u većini slučajeva nije povezana s evolucijskom razinom organizma niti s kompleksnošću strukture organizama. Primjerice vrste koje nisu srodne mogu imati gotovo istu veličinu genoma (npr. grašak Pisum sativum 4,5 x 10⁹ pb; čovjek Homo sapiens 3,2 x 10⁹ pb). S druge strane postoje velike razlike u količini genomske DNA između srodnih vrsta koje nisu objašnjive niti morfološkom složenošću organizama niti njihovom evolucijskom odvedenošću.

Genomi eukariota su vrlo složeni i čine ih različite vrste sekvencija DNA: jedinstvene i repetitivne ili ponavljajuće sekvencije. Jedinstvena sekvencija čini strukturne gene koji kodiraju za funkcionalne proteine. Kod ljudi npr. jedinstvena sekvencija čini 41 % genoma, a uključuje sekvenciju gena (eksoni) za proteine (2 %), introne gena (24 %) i jedinstvene regije koje se ne nalaze unutar gena (15 %).

Ako centrifugiramo DNA eukariota u gradijentu gustoće soli CsCl₂ vidljiva je heterogenost molekule DNA koju čine dvije vrpce u epruveti koje se nalaze na mjestima gdje je gustoća DNA jednaka gustoći soli. To su: glavna vrpca i vrpca satelitne DNA (slika 14.6.). Kod prokariota je gradijent gustoće jednak za svu DNA koja čini jednu vrpcu.

Heterogenost i repetitivnost DNA može se istraživati uz pomoć tehnike DNA-DNA hibridizacije. Nakon denaturacije DNA pri visokoj temperaturi (92 – 96 °C) pri čemu se odvajaju lanci dvostruke uzvojnice, sniženjem temperature (65 – 75 °C) dolazi do renaturacije lanaca te se prati kinetika renaturacije koja se izražava c₀t krivuljom (c₀ – koncentracija jednolančane DNA u molovima po litri, t – vrijeme u sekundama).

U eukariota je renaturacija različite brzine, pa se DNA može na osnovu kinetike renaturacije podijeliti u tri grupe:

Najbrže renaturira visoko ponavljajuća DNA, a najsporije jedinstvena DNA.

U prokariota (E. coli) renaturacija je puno sporija jer genom čini jedinstvena DNA.