Unikátní centromery u chromozómů kokotice evropské

Kokotice evropská (Cuscuta europaea) je rostlina parazitující na jiných obyvatelích rostlinné říše – často je najdeme zcela ovinuté jejími tenkými, sivě zelenými stonky, jejichž speciální přísavné orgány pronikají až do cévních svazků hostitele a vysávají z nich potřebné živiny. Kokotice také nemá funkční chloroplasty, které by jí umožňovaly vyrábět při fotosyntéze zásobní cukry, a tak spoléhá na živiny vytvořené jinými rostlinami. Při bližším pohledu na dědičnou informaci této rostliny zjistili nyní vědci z Biologického centra AV ČR v Českých Budějovicích a Leibnizova institutu rostlinné genetiky a výzkumu zemědělských rostlin (Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research) v Gaterslebenu, že se od ostatních rostlin liší také stavbou a funkcí tzv. centromer.

Centromery jsou oblasti na chromozómu, které zajišťují rovnoměrné rozdělení dědičné informace při dělení buněk (viz Obrázek 1). Na centromery se přes speciální proteinový komplex - kinetochor - váže dělící vřeténko, které pak při dělení buňky táhne každou polovinu chromozómu (a tím i dědičné informace) na opačnou stranu. Kinetochor tak funguje jako jakási “spojka” mezi chromozómem a dělícím vřeténkem. 

Obrázek 1. Schéma stavby centroméry.

U eukaryotických organizmů jako jsou rostliny a živočichové je poloha kinetochoru (a tím i vazba dělícího vřeténka) určena speciální bílkovinou, histonem CenH3. Z hlediska napojování dělícího vřeténka pak rozlišujeme dva typy chromozómů: monocentrické, kde je centroméra i CenH3 jen v jedné, malé oblasti, a dělící vřeténko se tedy váže na jedno konkrétní místo chromozómu (jako na Obrázku 1), a holocentrické, kde jsou histony CenH3 (a tedy i vazebná místa) rozmístěny rovnoměrně po celém chromozómu.

Právě druhý, holocentrický typ mají podle dřívějších pozorování tvaru chromozómů některé druhy kokotic, proto bylo překvapením, když u kokotice evropské objevil česko-německý tým s využitím moderních imunologických a mikroskopických postupů zcela nový typ připojení. Dělící vřeténko se sice váže na celý chromozóm, podobně jako u ostatních druhů kokotice, ale histon CenH3 se vyskytuje pouze na několika omezených oblastech chromozómu. Jeho poloha tedy u kokotice evropské vůbec neurčuje místo připojení dělícího vřeténka (Obrázek 2).

Obrázek 2. Unikátní typ centroméry u kokotice evropské. Modře = DNA (chromozóm), růžově = histon CenH3, zeleně = mikrotubuly dělícího vřeténka, kinetochor není barven.

Zatím je známo jen několik druhů organizmů, kde místo napojení není vyznačeno histonem CenH3. Jsou to hlavně některé druhy hmyzu s holocentrickými chromozómy. Těm ale zase chybí histony CenH3 úplně. Typ centromery nalezený u kokotice evropské je tak zcela unikátní a jeho další studium může vést k pochopení molekulárních mechanizmů, které určují polohu centromer na chromozómech.

Publikace: Oliveira L., Neumann P., Jang T., Klemme S., Schubert V., Koblížková A., Houben A., Macas J. (2020) Mitotic spindle attachment to the holocentric chromosomes of Cuscuta europaea does not correlate with the distribution of CENH3 chromatin. Frontiers in plant science 10: 1799 DOI: 10.3389/fpls.2019.01799