Кинетопласт — митохондриальная ДНК кинетопластид¶

Кинетопласт — это структура внутри кинетопласта, специализированного крупного митохондриального тела, представляющего собой скопление множества копий кольцевой ДНК (кДНК), расположенных в специфическом матриксе. Термин происходит от греч. κίνητος — «подвижный» и πλαστός — «формированный», что связано с подвижностью клеток, в которых эта структура обнаруживается. Кинетопласты характерны для паразитических протистов из класса кинетопластид (Kinetoplastea), включающего возбудителей лейшманиоза (Leishmania) и трипаносомозов (Trypanosoma).

¶Расположение и структура

Кинетопласт представляет собой дискообразное или овоидное тело диаметром около 0,5–1 мкм, встроенное в митохондрию и расположенное непосредственно перед базальным тельцем (кинетосомой) жгутика. Между кинетопластом и кинетосомой существует структурная связь — так называемое митохондриальное перикостальное волокно, которое, по-видимому, обеспечивает координацию репликации кинетопласта с делением клетки.

Внутри кинетопласта ДНК организована в виде сети переплетённых и замкнутых в кольцо молекул. Выделяют два класса молекул:

• Максикольцевая ДНК (maxicircles) — крупные кольцевые молекулы длиной около 20–40 килобаз, число копий которых достигает 20–50. Они кодируют классические митохондриальные белки: субъединицы цитохромоксидазы, АТФ-синтазы, а также рибосомальные РНК.
• Миникольцевая ДНК (minicircles) — мелкие кольцевые молекулы длиной от 0,5 до 10 килобаз, представленные в сотнях и тысячах копий. Миникольцы кодируют предшественники гидроборных РНК (guide RNA, gRNA), обеспечивающих посттранскрипционную модификацию матричных РНК митохондрий.

Вся совокупность кинетопластной ДНК (kDNA) может составлять до 10–20 % от общего объёма ДНК клетки, что делает кинетопласт одним из самых необычных геномных образований в природе.

¶Функция

Основная функция кинетопласта — обеспечение работы митохондриального аппарата кинетопластид. Максикольцевая ДНК кодирует компоненты дыхательной цепи переноса электронов, однако у большинства видов эти гены сильно фрагментированы и требуют сложного созревания транскриптов. Именно для этого служат gRNA, транскрибируемые с миникольцев: они направляют внесение точечных вставок и делеций (редактирование РНК) в первичные транскрипты, восстанавливая рамку считывания и функциональность матричных РНК. Система редактирования кинетопластид была открыта в 1980-х годах и стала одним из первых известных примеров масштабного посттранскрипционного редактирования РНК.

¶Репликация

Репликация кинетопласта происходит строго синхронно с клеточным циклом. Перед делением клетки кинетопласт удваивает свои кольцевые молекулы, после чего дочерние кольца разделяются и распределяются между двумя новыми клетками. Процесс разделения кинетопласта связан с движением базального тельца жгутика и с формированием так называемого «мостика» из ДНК между делящимися телами. Нарушение этого механизма приводит к потере кинетопласта и гибели клетки, что рассматривается как потенциальная основа для противопаразитарной терапии.

¶Классификация типов кинетопластов

В зависимости от организации kDNA и расположения жгутиков выделяют:

• Протекстигомонады — кинетопласт расположен в передней части клетки, жгутик направлен вперёд (род Bodo).
• Эвбиглеалы — жгутик заднего направления, кинетопласт задний (род Trypanosoma).
• Перикомонады — промежуточное положение (род Perkinsela, утративший жгутик симбионт).

¶Значение в медицине

Кинетопластиды включают возбудителей ряда тяжёлых заболеваний человека и животных:

Кинетопластная ДНК служит мишенью для ряда противопаразитарных препаратов. Например, соединения, интеркалирующие в миникольцевую ДНК или ингибирующие ферменты её репликации (топоизомеразы II), нарушают жизнеспособность паразита. Кроме того, уникальность кинетопластной системы делает её объектом изучения в молекулярной биологии и эволюционной генетике.

¶История изучения

Кинетопласт был впервые описан в конце XIX — начале XX века при микроскопическом исследовании трипаносом, однако его природа как скопления ДНК была установлена только в 1960-х годах после применения электронной микроскопии и цитохимических методов. Структура миникольцевой и максикольцевой ДНК была раскрыта в 1970-е годы, а система редактирования РНК при участии gRNA — в середине 1980-х.

Источники:

• Борисов А. В. Простейшие: стратегии жизни и способы организации. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2006.
• Vickerman K. The evolutionary expansion of the trypanosomatid flagellates. — International Journal for Parasitology, 1994.
• Benne R. RNA editing in trypanosomes. — European Journal of Biochemistry, 1993.
• Shlomai J. The structure and replication of kinetoplast DNA. — Annual Review of Microbiology, 1994.
• Stuart K., Schnaufer A., Taylor N. L., Panigrahi A. K. Kinetoplastid RNA editing. — Molecular Cell, 2005.