Gibt es einen Vorteil gegenüber linearen Chromosomen?

Die DNA kopierenden Enzyme haben es schwer, bis zum Ende eines Chromosoms zu arbeiten. Für kreisförmige Chromosomen ist dies kein Problem, da es kein scharfes „Ende“ gibt. Bei einem linearen Chromosom geht jedoch ohne zusätzliche Mechanismen nach jeder Replikation ein Stück DNA am Ende des Chromosoms verloren. Aus diesem Grund haben Eukaryoten ein Telomer , um ihre Chromosomen zu verschließen.

In den meisten Zellen eines vielzelligen Organismus wird dieses Telomer nach jeder Reproduktion langsam abgebaut, was zur Apoptose führt . Zellen, die sich unbegrenzt reproduzieren müssen, wie Keim- und Stammzellen, müssen in zusätzliche Mechanismen investieren, um die Telomere wieder aufzufüllen. Für vielzellige Eukaryoten kann ich sehen, wie dies nützlich sein könnte (zum Beispiel als Krebs-Gegenmechanismus). Vielzellige Organismen entwickelten sich jedoch aus einzelligen Eukaryoten.

Ich sehe keinen Grund, Apoptose in einem einzelligen Organismus zu wollen. Einzellige Eukaryoten (z. B. Hefe) haben jedoch immer noch lineare Chromosomen mit Telomerkappen. Welchen Vorteil boten lineare Chromosomen einzelligen Eukaryoten, um die zusätzliche Investition in die Reparatur des Telomers auszugleichen?

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Auf Anhieb würde ich Speicher sagen. Es wäre unglaublich schwierig, ein kreisförmiges Genom um Histone zu wickeln und es weiter zu verdichten, bis Sie die notwendige Informationsdichte erreicht haben. Da ich jedoch noch nicht die richtige Laufarbeit geleistet habe, werde ich noch nicht "antworten". :)
@MCM das war auch meine erste Vermutung ... vor allem mit dem anderen großen Unterschied zwischen Pro und Euk, der der enge Raum des Kerns ist. Ich konnte mir jedoch nicht vorstellen, warum das Falten eines sehr langen kreisförmigen Genoms grundsätzlich schwieriger sein sollte als ein lineares (tatsächlich würde es bestimmte Arten von Knoten schwieriger machen, um potenzielle Schäden zu vermeiden). Ich weiß auch ein negatives Maß an Biologie, also fiel mir nicht ein, wie ich selbst mit der Literatursuche beginnen sollte :D.
Ich bin fast überzeugt, dass es sich um ein einfaches Drehmomentproblem handelt. Das Kondensieren eines linearen Genoms ist für die eigentliche DNA nicht so schwierig, da es sich einfach um Histone wickelt und Histone sich ansammeln. Für das Drehmoment ist gesorgt, da die beiden Enden frei sind. In einem Closed-Loop-Genom wird das Drehmoment von dem Moment an, in dem Sie anfangen, es um irgendetwas zu wickeln oder zu verdichten, aufgebaut und aufgebaut. Sie können es vielleicht auf das gesamte Genom verteilen, aber bald werden Sie mit einer Menge Stress fertig werden müssen. Es könnte einfach sein, dass kreisförmige Genome brechen, wenn sie kondensiert werden.
@MCM, wenn Sie das in eine Antwort einarbeiten könnten, wäre es meiner Meinung nach eine anständige und ich würde es genießen, sie im Detail zu lesen. Ich hatte auf subtilere Antworten gehofft (vielleicht bezogen auf Lebensgeschichten), aber ich bin auch damit zufrieden :D.
Verbindungsnummer? Ich denke, das passt zum Drehmomentproblem von @MCM.
Es ist möglich, Hefestämme zu isolieren, bei denen Chromosom III einen Ring bildet. Die Zirkularisierung wird durch die Komponenten des heterothallischen Schaltmechanismus vom Paarungstyp angetrieben. Die Sequenzen, die an dem Rekombinationsereignis beteiligt sind, das die Zirkularisierung verursacht, liegen in der Nähe der Telomere, und während der Ringbildung gehen keine essentiellen Gene verloren. Da haploide Stämme, die diese Form von Chromosom III tragen, lebensfähig sind, folgere ich daraus, dass die entsprechende Chromatinstruktur nicht genug durcheinandergebracht ist, um das Wachstum zu stören. Ich habe nach tatsächlichen Daten dazu gesucht, bin aber leer ausgegangen.
Würde es eine bessere Rekombination und/oder einen besseren Anteil an genetischem Material ermöglichen? Wenn die Konjugation in Bakterien auftritt, ist die kopierte und übertragene Sequenz linear (selbst wenn nur das F+-Plasmid übertragen wird, wenn ich mich nicht irre). Wenn Sie 2 Linien neu kombinieren, erhalten Sie 2 Linien, wenn Sie 2 Kreise neu kombinieren, erhalten Sie ein Möbiusband!
Ich glaube nicht, dass das Problem am Drehmoment liegt. hauptsächlich, weil Wasser auf DNA-Ebene sehr viskos ist. Und da die DNA eines Chromosoms ein sehr langes Molekül ist (zehn Zentimeter lang), würde sich ein lineares Molekül wie ein kreisförmiges verhalten, das Entfernen des Drehmoments wäre sehr schwierig. Ich vermute, dass Organismen mit linearen Chromosomen dazu neigen, Meiose zu unterliegen. Chromosomen paaren sich, bilden Chiasmen und tauschen Chromosomensegmente aus. Auf einem linearen Chromosom lösen sich sowohl ungerade als auch gerade Austauschereignisse gut auf. Bei kreisförmigen Chromosomen führt ein ungerader Austausch zu einer Chromosomenfusion. Sogar Chiasmen lösen sich in zwei Chromosomen auf

Antworten (2)

Ich denke, es ist die falsche Frage. Sie gehen davon aus, dass sich Eukaryoten aus einem einzelligen Organismus mit zirkulärer DNA entwickelt haben. Dann muss es eindeutig einen Vorteil gegeben haben, ein lineares Genom (neu) zu entwickeln. Eukaryoten könnten sich aber auch aus einem Organismus mit linearer DNA entwickelt haben. Es gibt immer noch einige Bakterienarten mit linearen Chromosomen, daher ist dies nicht unwahrscheinlich. Wir wissen es jedoch nicht.

Wenn sich die Linearisierung dagegen selbstständig entwickelt hat, können Sie von Bakterien lernen, warum sie aufgetreten sein könnte:

JN Volff, J. Altenbuchner: Neuanfang mit neuem Ende: Linearisierung ringförmiger Chromosomen während der Bakterienevolution. In: Briefe der FEMS-Mikrobiologie. 186, 2, Mai 2000, 143–150, PMID 10802162. (Rezension).

Abstrakt:

Zirkuläre bakterielle Chromosomen wurden während der Prokaryotenevolution sporadisch linearisiert. Nicht verwandte Bakterien, einschließlich der Spirochäte Borrelia burgdorferi und der Actinomycete Streptomyces, haben lineare Chromosomen. Lineare Chromosomen können durch Integration von linearen Plasmiden gebildet worden sein. Lineare Chromosomen verwenden lineare Plasmidstrategien, um das „Ende-der-Replikation-Problem“ zu lösen, aber sie haben im Allgemeinen von ihren zirkulären Vorfahren einen zentralen Replikationsursprung beibehalten. Lineare Streptomyces-Chromosomen sind sehr instabil und unterliegen mit hoher Frequenz Amplifikationen und großen Deletionen, wobei oft die Telomere entfernt werden. Zumindest bei Streptomyces ist die Chromosomenlinearität reversibel: Kreisförmige Chromosomen entstehen spontan als Produkte genetischer Instabilität oder können durch gezielte Rekombination künstlich erzeugt werden. Circularisierte Streptomyces-Chromosomen sind ebenfalls sehr instabil, was darauf hindeutet, dass die genetische Instabilität nicht auf die linearisierten Chromosomen beschränkt ist. Bakterielle lineare Chromosomen können Telomer-verbundene Regionen mit erhöhter genomischer Plastizität enthalten, die häufigeren genetischen Austausch und Umlagerungen erfahren und eine unterschiedliche Evolution von Genen ermöglichen, abhängig von ihrer chromosomalen Position.

Ich denke, es hängt mit der Struktur zusammen, so wie die nichtkodierende (Junk) DNA zur Struktur beiträgt, würde ich vermuten, dass das lineare Genom "einfach passiert" ist und es keinen Weg zurück gibt.

Das könnte daran liegen, dass radikale Veränderungen in der Genomstruktur durch Phagen/Viren-Raubtiere es Viren sicherlich sehr schwer machen werden, sich zurechtzufinden. In den frühen Tagen der Eukaryoten hätte das unterschiedliche Genom also einen sehr starken Schutz gegen virale Raubtiere geboten und es diesen Organismen ermöglicht, sich nahezu ungehindert durch den Selektionsdruck von Viren zu vermehren. Was die Evolution ermöglichte, entwickelten Strukturen, die einen Schritt zurück unmöglich machten.

aber ja, das sind nur WILDE Vermutungen

Eine interessante Theorie! Könnten Sie mit Quellen erweitern?
Gibt es einen Vorteil gegenüber linearen Chromosomen?
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