Nukleär dimorfism
Kärndimorfism är en term som hänvisar till den speciella egenskapen att ha två olika typer av kärnor i en cell. Det finns många skillnader mellan typerna av kärnor. Denna egenskap observeras i protozoiska ciliater , som Tetrahymena , och vissa foraminifer . Ciliater innehåller två kärntyper: en makrokärna som främst används för att kontrollera ämnesomsättningen och en mikrokärna som utför reproduktiva funktioner och genererar makrokärnan. Sammansättningarna av kärnporkomplexen hjälper till att bestämma egenskaperna hos makrokärnan och mikrokärnan. Nukleär dimorfism är föremål för komplexa epigenetiska kontroller. Nukleär dimorfism studeras kontinuerligt för att förstå exakt hur mekanismen fungerar och hur den är fördelaktig för celler. Att lära sig om nukleär dimorfism är fördelaktigt för att förstå gamla eukaryota mekanismer som har bevarats inom dessa encelliga organismer men som inte utvecklats till flercelliga eukaryoter.
Nyckelkomponenter
Den cilierade protozoen Tetrahymena är en användbar forskningsmodell för att studera nukleär dimorfism; det upprätthåller två distinkta kärngenom, mikrokärnan och makrokärnan. Makronkärnan och mikrokärnan ligger i samma cytoplasma, men de är väldigt olika. Mikrokärnegenomet innehåller fem kromosomer som genomgår mitos under mikronukleär delning och meios under konjugering , vilket är den sexuella uppdelningen av mikrokärnan. Det makronukleära genomet bryts ner och kataboliseras en gång per livscykel under konjugering, vilket gör att det kan vara platsspecifikt, och en ny makronukleus skiljer sig från en mitotisk avkomling av den konjugerade mikrokärnan. Skillnaderna i division och övergripande processer visar hur funktionellt och strukturellt olika molekylerna är. Dessa skillnader spelar en aktiv roll i aktiviteterna och funktionerna hos de celler där de finns.
Makro kontra mikrokärnor
Makronukler och mikrokärnor skiljer sig åt i sina funktioner även om de är belägna inom samma cell. Mikrokärnan är globalt undertryckt under det vegetativa tillståndet och fungerar som den diploida könslinjekärnan , medan allt känt vegetativt genuttryck sker i makrokärnan, som är en polyploid somatisk kärna. Mikrokärnan delar sig före mikrokärnan i tillståndet av vegetativ tillväxt. Makronukleus är aktiv vid transkription. Det hjälper också till med aktiviteten och kontrollen av cytoplasman tillsammans med de nukleära händelserna som händer i cellen. Mikrokärnan har kromatin som är tätt packad samt frånvaro av nukleoler . Mikrokärnan bildar zygotiska kärnor under meios under konjugering. Dessa zygotiska kärnor kan följa en process och differentiera till makronukleus- eller mikronukleusceller. Macronucleus-celler, å andra sidan, differentierar sig genom förändringar i DNA. Detta leder till att makronukleusceller är enorma jämfört med mikronukleusceller, därav deras namn på makro och mikro.
Roll av nukleärt porkomplex
Ny forskning har visat att kärnporkomplexen i ett dubbelkärnigt ciliat kan vara distinkta i sin sammansättning. Detta leder till skillnaderna i mikrokärnan och makrokärnan. Kärnporkomplexet består av nukleoporiner , som är proteiner. Dessa nukleoporiner, Nups, är specifika för varje typ av kärna. Detta leder till de strukturella skillnaderna mellan de två typerna. Eftersom båda kärnorna är gjorda av samma komponenter tillsätts olika mängder av komponenterna för att ge de strukturella skillnader som är nödvändiga för funktionerna. Kärnporkomplexet är involverat i hur molekyler rör sig över kärnhöljet när de försöker nå kärnan eller cytoplasman i en process som kallas nukleocytoplasmatisk trafik . Nukleära porkomplex har visat sig vara viktiga vid transport till makrokärnan och mikrokärnan eftersom det finns olika processer som sker i två mycket olika kärnor vid olika tidpunkter. Dessa skillnader i transportapparaterna mellan de två kärnorna leder till de stora skillnaderna mellan mikrokärna och makrokärna.
Forskning
Som tidigare nämnts har forskning gjorts som involverar Tetrahymena , en encellig eukaryot. Denna eukaryot har mycket intressanta mekanismer som påverkar deras funktion. Forskning har gjorts för att undersöka dessa mekanismer har lett till nya upptäckter av egenskaperna hos denna eukaryot och allmänna egenskaper hos nukleär dimorfism.
Tetrahymena har två huvuddelar av sin livscykel. det finns ett asexuellt reproduktionsstadium som involverar binär fission såväl som ett icke-reproduktivt sexuellt stadium som kallas konjugering. Under detta konjugationsstadium genomgår mikrokärncellen meios. Under binär klyvning delar sig makrokärnan amitotiskt och mikrokärncellen delar sig mitotiskt. Dessa skillnader spelar en roll i skillnaderna mellan makronukleus- och mikronukleusceller samt ger skillnad mellan deras vegetativa genom. Under konjugering väljs några kärnor. Dessa kärnor förstörs via en mekanism som kallas programmerad nukleär död. Eftersom konjugering är olika för båda stegen, leder detta till skillnader i mikrokärna och makronukleus mot slutet av konjugationen. Förändringarna kvarstår under hela cykeln.
Det finns andra unika biologiska och biokemiska skillnader mellan mikronukleus och makronukleus. Det finns tre sätt på vilka genetisk information distribueras under kärndelning. Dessa inkluderar meios i mikronukleusceller, amitos i mikronukleusceller och mitos i mikronukleusceller. Micronucleus cell meiosis innebär att genomet sträcker sig utanför cellen medan makronucleus cell amitos involverar en slumpmässig fördelning av genomet.
Nyligen
Ny forskning har fokuserat på orsakerna till skillnaderna mellan mikrokärnan och makrokärnan. Funktionella skillnader mellan mikrokärna och makronukleus har tillskrivits selektiviteten för transporten över kärnmembranet under en tid, och det fortsätter att vara ett ämne av intresse för forskning tillsammans med annan fortsatt forskning. Vilka molekyler som kan passera beror på kärnporerna i makrokärnan och mikrokärnan. Macronucleus porer tillåter större molekyler att komma in jämfört med mikronucleus porer. Denna skillnad tros tillskrivas sammansättningen av proteiner och kärnporkomplexarrangemanget mellan de två kärntyperna.
En annan nyligen experimentellt testad skillnad mellan mikronukleus och makronukleus är specificiteten som kommer från de specifika proteinerna i var och en. De olika nukleoporinerna i var och en bidrar till strukturella skillnader mellan de två kärnorna, vilket i sin tur orsakar funktionella skillnader.
Tetrahymena fortsätter att utforskas och forskas för att förstå hur de fungerar och hur de hanterar sina komplexa biologiska processer. Ciliater och eukaryoter som liknar dem hjälper till att förklara gamla eukaryota mekanismer som bevarades med dem. Eftersom encelliga ciliater representerar den sista gemensamma förfadern till eukaryoterna, hjälper det också till att förklara mekanismerna och toppar ett intresse för varför dessa mekanismer bevarades och sedan försvann genom evolutionen. Även om mycket har forskats och upptäckts om kärndimorfism, finns det fortfarande utrymme för mer forskning för att förbättra den nuvarande kunskapen genom att förbättra tidigare studier.