Морфология метафазных хромосом.

Хромосомы лучше всего изучать во время метафазы митоза, т.к. в этой фазе они:

- располагаются в центре клетки, образуя метафазную пластинку;

- максимально конденсированы и легко различимы с использованием световой микроскопии;

- являются двухроматидными, а сестринские хроматиды соединены между собой в области центромеры, что позволяет различить их морфологию.

Морфологическими элементами метафазной хромосомы являются:

- 2 хроматиды;

- центромера;

- теломеры;

- вторичная перетяжка;

- спутник (сателлит);

- ломкие (фрагильные) участки.

Хроматида представлена одной линейной молекулой ДНК, ассоциированной с гистоновыми и негистоновыми белками и максимально конденсированной. Метафазная хромосома состоит из двух сестринских хроматид, являющихся результатом репликации ДНК в фазе S и, таким образом, генетически идентичных. Хроматиды одной хромосомы соединены в области центромеры и остаются в таком состоянии до анафазы.

Центромера, или первичная перетяжка, представляет собой специфический участок хромосомы из ДНК и специальных центромерных белков. Центромерная ДНК состоит из высокоповторяющихся последовательностей (сателлитная ДНК), практически одинаковых для всех хромосом. Центромера делит хромосому на два плеча: р (проксимальное) и q (дистальное). По положению центромеры хромосомы делятся на:

- метацентрические - центромера расположена посередине и плечи равные;

- субметацентрические - центромера несколько смещена к одному из концов, а плечи имеют разную длину;

- акроцентрические - центромера значительно смещена к концу хромосомы, из-за чего одно плечо намного короче другого.

Центромеры выполняют следующие функции:

- созревание кинетохоров для прикрепления хромосом к нитям веретена деления;

- продольное расщепление и разделение сестринских хроматид с образованием из одной двухроматидной хромосомы двух однохроматидных хромосом;

- точное и равное распределение генетического материала во время митоза, точная передача генетической информации от клетки к клетке.

Теломеры представлены специфическими последовательностями ДНК на концах хромосом в комплексе со специальными белками. В состав теломерной ДНК входят: (а) тандемно и многократно повторяющиеся короткие последовательности (TTAGGG), одинаковые у всех хромосом, (b) специфические для каждой хромосомы последовательности ДНК.

Теломеры выполняют следующие функции:

- защищают концы хромосом от действия нуклеаз;

- предотвращают слипание концов хромосом;

- обеспечивают репликацию всей ДНК;

- предотвращают укорачивание хромосом благодаря активности теломеразы;

- контролируют процессы старения клеток и многоклеточного организма;

- регулируют фиксацию хроматина к ядерной мембране в интерфазе, обеспечивая тем самым нормальную архитектуру интерфазных хромосом;

- обеспечивают правильную конъюгацию гомологичных хромосом в мейозе.

Вторичные перетяжки (h) представляют собой деспирализованные и слабо окрашенные участки повторяющейся ДНК; в норме они могут быть как в проксимальных плечах (р) акроцентрических хромосом 13, 14, 15, 21, 22, так и в дистальных плечах хромосом 1, 9, 16, реже 4, 6, 10 и Y. Вторичные перетяжки акроцентрических хромосом образуют область ядрышкового организатора. Длина вторичной перетяжки может варьировать в пределах нормального индивидуального полиморфизма.

Сателлиты - это терминальные участки коротких плеч акроцентрических хромосом 13, 14, 15, 21, 22, отделенные вторичной перетяжкой и состоящие из конститутивного гетерохроматина; число и размеры сателлитов варьируют от индивида к индивиду.

Ломкие (фрагильные) участки представляют собой деконденсированные сегменты хромосом, отличающиеся повышенной чувствительностью к действию мутагенных факторов, под влиянием которых в них легко происходят разрывы и, в результате этого, хромосомные перестройки. Фрагильные участки:

- являются маркерами нормального индивидуального полиморфизма;

- ассоциированы с некоторыми моногенными синдромами (например, FRAXA и семейная умственная отсталость);

- могут участвовать в опухолевой прогрессии (путем инактивации генов-супрессоров).