Kinetoplast

Kinetoplast er et  netværk af cirkulære DNA- molekyler (til DNA ) placeret i gigantiske mitokondrier og indeholdende mange kopier af mitokondrie-genomet [1] [2] . Oftest er kinetoplasten skiveformet, selvom der kendes undtagelser fra denne regel. Kinetoplasten er kun til stede i protozoer af kinetoplastidklassen . Variationer i kinetoplaststruktur kan afspejle fylogenetiske forhold inden for kinetoplastider [3] . Kinetoplasten findes sædvanligvis nær flagellets basale krop og er derfor sandsynligvis stærkt forbundet med cytoskelettet . Kinetoplasten kan let visualiseres i celler ved hjælp af DAPI- farvning. [4].

Struktur

Kinetoplasten indeholder DNA i to former: minicirkler og maxicirkler. Maxi-ringe indeholder fra 20 til 40 tusinde basepar (kilobaser, kb) og er til stede i kinetoplasten blandt flere ti. En kinetoplast indeholder flere tusinde miniringe indeholdende 0,5-1 kb. Maxi-ringene koder for proteiner, der er nødvendige for funktionen af ​​den gigantiske mitokondrie, som huser kinetoplasten. Den eneste kendte funktion af minicirklerne er at regulere ekspressionen af ​​maxicirklerne gennem dannelsen af ​​guide-RNA'er . Maxiringene og miniringene kædes sammen og danner et fladt ringbrynje- lignende netværk . Under cDNA-replikation adskilles først ringene, og i datterkinetoplasterne kædes de igen [4] [5] . cDNA-strukturen studeres bedst i Crithidia fasciculata , som er en kateneret skive af mini- og maxi-cirkler, hvoraf de fleste ikke er supercoiled [3] . Udefra er to proteinkomplekser direkte stødende op til cDNA'et , roteret 180° i forhold til hinanden og involveret i replikationen af ​​minicirkler [1] [2] [4] [5] .

Hos forskellige repræsentanter for kinetoplastider har kinetoplasten og dens DNA en anden struktur. Følgende muligheder er kendt, som adskiller sig fra det typiske skema beskrevet ovenfor [3] :

Replikering

Fordoblingen af ​​kinetoplasten sker samtidig med fordoblingen af ​​den tilstødende flagel umiddelbart før starten af ​​nuklear DNA-replikation. I en typisk kinetoplast (som i Crithidia fasciculata ) initieres replikation ved at åbne cDNA-minicirkler med topoisomerase II . Frie minicirkler strækker sig ind i rummet mellem kinetoplasten og den indre mitokondriemembran , kendt som kinetoflagellær zone [2] [3] [5] . Dernæst bevæger minicirklerne sig gennem en ukendt mekanisme ind i modsatte antipodieproteinkomplekser, der indeholder endonuklease , helicase , DNA-polymerase , DNA-primase og DNA-ligase , som eliminerer replikationsfejl i de nyligt fordoblede minicirkler [4] . Frisk replikerede minicirkler kan skelnes fra modne minicirkler ved tilstedeværelsen af ​​et smalt mellemrum. Miniringe, der ikke udsættes for fordobling, forbliver kovalent lukkede. Umiddelbart efter replikation slutter alle nyligt duplikerede minicirkler sig til cDNA-netværket, og deres kløfter repareres delvist [1] [5] .

Mens minicirkelreplikation fortsætter, roterer cDNA-netværket kontinuerligt omkring diskens centrale akse for at forhindre nye minicirkler i at hæfte sig til den maternelle kinetoplast. Det antages, at rotation er direkte relateret til fordoblingen af ​​det tilstødende flagellum, da datterbasallegemet roterer rundt om moderkroppen i takt med kinetoplastens rotation. Gennem rotation oprulles datterkinetoplastens minicirkler og forskydes gradvist mod midten af ​​disken, efterhånden som andre minicirkler spaltes fra maternal cDNA og sendes til kinetoflagellar zone til replikation [2] [4] [5] .

Fordoblingsmekanismen for maxi-ringe er ikke blevet undersøgt så detaljeret som for mini-ringe. Det var muligt at identificere en struktur kaldet nabelschnur (fra det tyske " navlestreng "), som forbinder datter-cDNA'et med originalen, før de adskilles. Ved hjælp af FISH var det muligt at bevise, at nabelschnur består af cDNA maxicirkler [4] .

I processen med kinetoplastreplikation skelnes der mellem fem stadier, som hver er forbundet med fordoblingen af ​​det tilstødende flagellum. 1. Fase I. Kinetoplasten er ikke begyndt at replikere; der er ingen antipodieproteinkomplekser i den. 2. Fase II . Antipodiekomplekser begynder at dukke op i kinetoplasten. Fordoblingen af ​​flagellens basale legeme begynder. 3. Trin III . Adskillelsen af ​​et nyt flagellum begynder, kinetoplasten får et todelt udseende. 4. Fase IV . Datter kinetoplaster er praktisk taget adskilt og er kun forbundet nabelschnur. 5. Trin V. Datterkinetoplasterne adskilles endelig, nabelschnuren ødelægges. Strukturen af ​​kinetoplaster er identisk med den i første fase [4] .

Reparation

Trypanosoma cruzi er i stand til at reparere nukleotider i både nuklear DNA og cDNA, der er blevet beskadiget af reaktive oxygenarter dannet i værtsorganismen under infektion [6] . DNA-polymerase af T. cruzi - cellerreparerer oxidativ DNA-skade ved baseudskæringsreparation . Sandsynligvis eliminerer dette enzym oxidativ skade på cDNA forårsaget af genotoksisk stress under dets replikation [6] .

Noter

  1. 1 2 3 Shapiro TA , Englund PT Strukturen og replikationen af ​​kinetoplast DNA.  (engelsk)  // Årlig gennemgang af mikrobiologi. - 1995. - Bd. 49 . - S. 117-143 . - doi : 10.1146/annurev.mi.49.100195.001001 . — PMID 8561456 .
  2. 1 2 3 4 Shlomai J. Strukturen og replikationen af ​​kinetoplast DNA.  (engelsk)  // Aktuel molekylær medicin. - 2004. - September ( bind 4 , nr. 6 ). - s. 623-647 . — PMID 15357213 .
  3. 1 2 3 4 5 6 7 Lukes J. , Guilbride DL , Votýpka J. , Zíková A. , Benne R. , Englund PT Kinetoplast DNA-netværk: udvikling af en usandsynlig struktur.  (engelsk)  // Eukaryotic Cell. - 2002. - August ( bind 1 , nr. 4 ). - S. 495-502 . — PMID 12455998 .
  4. 1 2 3 4 5 6 7 Gluenz E. , Povelones ML , Englund PT , Gull K. The Kinetoplast Duplication Cycle in Trypanosoma brucei Is Orchestrated by Cytoskeleton-Mediated Cell Morphogenesis  //  Molecular and Cellular Biology. - 2010. - 20. december ( bind 31 , nr. 5 ). - S. 1012-1021 . — ISSN 0270-7306 . - doi : 10.1128/MCB.01176-10 .
  5. 1 2 3 4 5 Torri, A., et al. DNA-replikation i eukaryote celler . Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1996. pages=1029-42. ISBN 0-87969-459-9
  6. 1 2 Schamber-Reis BL , Nardelli S. , Régis-Silva CG , Campos PC , Cerqueira PG , Lima SA , Franco GR , Macedo AM , Pena SD , ​​Cazaux C. , Hoffmann JS , Motta MC , Schenkman S. , Teixeira SM , Machado CR DNA polymerase beta fra Trypanosoma cruzi er involveret i kinetoplast DNA replikation og reparation af oxidative læsioner.  (engelsk)  // Molecular And Biochemical Parasitology. - 2012. - Juni ( bd. 183 , nr. 2 ). - S. 122-131 . - doi : 10.1016/j.molbiopara.2012.02.007 . — PMID 22369885 .