Kara on dynaaminen rakenne, joka muodostuu mitoosin ja meioosin aikana varmistamaan kromosomien segregaatio (erottuminen) ja solujen jakautuminen. Tyypillinen kara on bipolaarinen - kahden navan väliin muodostuu karan muotoinen mikrotubulusjärjestelmä . Karan mikrotubulukset kiinnittyvät kromatidin kinetokoreihin sentromeereissä ja varmistavat kromosomien liikkeen napoja kohti .
Karan muodostavat kolme päärakenneelementtiä: mikrotubulukset, jakonapat ja kromosomit. Eläimillä sentrioleja sisältävät centrosomit osallistuvat jakonapojen järjestämiseen . Kasveissa , kuten myös joidenkin eläinten munasoluissa , senrosomit puuttuvat, ja muodostuu atsentrosomaalinen kara, jossa on leveät navat. Tärkeä rooli karan muodostuksessa on dyneiini- ja kinesiiniperheisiin kuuluvilla moottoriproteiineilla .
Täydellinen fissiokara muodostuu prometafaasivaiheessa ydinkalvon tuhoutumisen jälkeen , kun sytoplasmiset mikrotubulukset ja sentrosomit (eläimissä) pääsevät käsiksi kromosomeihin ja muihin karan komponentteihin. Poikkeuksena on orastava hiivakara , joka muodostuu ytimen sisään.
Tyypillisen nisäkässolun jakautumiskara koostuu kolmesta rakenneelementistä - senrosomeista , mikrotubuluksista ja kromosomeista -, jotka muodostavat symmetrisen bipolaarisen rakenteen. Karan napoissa on senrosomit, pienet organellit, jotka toimivat mikrotubulusten järjestäytymiskeskuksina . Jokainen sentrosomi koostuu parista sentrioleista , joita ympäröivät monet erilaiset proteiinit. Karan napojen välissä on kondensoituneita kromosomeja, jotka koostuvat kromatidiparista , jotka on kiinnitetty sentromeeriin . Kromosomien sentromeerialueilla on kinetokoreja - monimutkaisia rakenteita, jotka vastaavat kiinnittymisestä karan mikrotubuluksiin [1] .
Jakokara koostuu kahdesta puolikarasta. Puolikara on muodostettu polarisoiduista mikrotubuluksista. Mikrotubulusten negatiiviset miinuspäät kokoontuvat karan napoihin sentrosomien ympärillä. Mikrotubulusten plus-päät siirtyvät pois kahdesta navasta ja leikkaavat karan keskimmäisessä ekvatoriaalisessa osassa. Useimmilla selkärankaisilla puolikara koostuu 600–750 mikrotubuluksesta, joista 30–40 % päättyy kinetokoreihin. Mikrotubuluksia, jotka yhdistävät karan navat kromosomien kinetokoreihin, kutsutaan kinetokoreiksi . Lisäksi jokainen kinetokoori liittyy karan muodostumisen aikana moniin mikrotubuluksiin ja muodostaa kinetokorikimpun. Mikrotubuluksia, jotka sijaitsevat napojen välissä ja jotka eivät kiinnity kinetokoreihin, kutsutaan interpolaariseksi . Osa karan mikrotubuluksista muodostaa säteittäisiä rakenteita jokaisen navan ympärille, joita kutsutaan tähdiksi tai astereiksi. Tällaisia mikrotubuluksia kutsutaan astraaliksi [2] .
Kasveissa, kuten myös joidenkin eläinten munasoluissa, senrosomit puuttuvat ja muodostuu atsentrosomaalinen kara, jossa on leveät navat [3] . Atsentrosomaalisen karan navoissa ei myöskään ole astraaleja mikrotubuluksia. Muuten kasvisolukaran rakenne vastaa eläinsolukaran rakennetta.
Fissiokaran kokoaminen alkaa profaasista. Tässä vaiheessa täysimittaisen karan muodostuminen on kuitenkin mahdotonta johtuen kromosomien sekä ytimessä olevien tärkeiden motoristen, säätelevien ja stabiloivien proteiinien eristämisestä.
Kasveissa sentrosomien puuttumisen vuoksi profaasissa olevien mikrotubulusten organisointikeskuksen roolia suorittaa ydinvaippa. Mikrotubulukset kerääntyvät lähelle ytimen pintaa ja suuntautuvat profaasin lopussa tulevan fissiokaran akselia pitkin muodostaen niin sanotun profaasikaran [4] .
Eläinsoluissa mikrotubulusten organisointikeskus on senrosomi. Siksi fissiokaran muodostuminen alkaa sentrosomiparin erottamisella ja erottamisella profaasin aikana. Sentrosomien eroavaisuudet profaasissa saadaan aikaan motoristen proteiinien dyneiinien avulla . Ne on kiinnitetty solukalvon sisäpuolelle ja ytimen ulkopinnalle. Kalvoon kiinnitetyt dyneiinit kiinnittyvät astraalisiin mikrotubuluksiin ja liikkuvat kohti mikrotubuluksen miinuspäätä. Tästä johtuen centrosomit siirtyvät solukalvon vastakkaisiin osiin ja eroavat kauemmas toisistaan [5] .
Karan kokoonpano riippuu kahdesta avainprosessista. Ensinnäkin mikrotubulusten bipolaarisen kertymisen muodostumisesta kromosomien ympärille. Toiseksi kromosomien kiinnittymisestä mikrotubuluksiin vastakkaisista jakautumisnapeista [6] . Sisarkromatidien kiinnittäminen mikrotubuluksiin on olennainen osa karan kokoonpanoprosessia. Kuitenkin kromosomit ja monet moottori- ja muut proteiinit, jotka osallistuvat täydellisen fissiokaran muodostukseen, eristetään solun ytimessä. Ja mikrotubulukset ja centrosomit (eläimissä) sijaitsevat sytoplasmassa. Näin ollen karan kokoonpano riippuu ydinkalvon tuhoutumisesta prometafaasissa [7] .
Poikkeuksena on orastava hiivakara, joka muodostuu ytimen sisään [8] .
Karan itseorganisaatioKaikissa eukaryooteissa bipolaarisen karan kokoonpano riippuu suurelta osin karakomponenttien kyvystä organisoitua itse. Itseorganisaatio on ainoa mekanismi fissiokaran kokoamiseen soluissa, joissa ei ole senrosomeja [9] . Bipolaarisen karan kokoonpanoa ilman senrosomien osallistumista kutsutaan atsentrosomaaliksi. Se on ominaista korkeammille kasveille, ja sitä havaitaan myös meioosin aikana joidenkin eläinten varhaisissa kehitysvaiheissa. [10] Lisäksi mikrotubulusten itseorganisoitumisen on ehdotettu olevan vallitseva mekanismi karan kokoonpanossa jopa senrosomeja sisältävissä eläinsoluissa [11] .
Karan itseorganisaatio alkaa ydinkalvon tuhoutumisen jälkeen. Sytoplasmiset mikrotubulukset kokoontuvat (tumaantuvat) kromosomien ympärille. Täällä, paikallisten stabiloivien tekijöiden osallistuessa, kerääntyvät mikrotubulukset pidentyvät. Sitten mikrotubulusten järjestäytyminen alkaa kolmen moottoriproteiiniryhmän osallistumisesta [11] [12] :
Monissa eläinsoluissa, mukaan lukien ihmisen solut, senrosomit, jotka ovat jakautumiskaran napoja, osallistuvat karakokoonpanoon. Kuten atsentrosomaalisen karan kokoonpanossa, moottori- ja muut proteiinit osallistuvat mikrotubulusten itseorganisoitumiseen bipolaariseksi rakenteeksi, jonka fokusoivat mikrotubulusten miinuspäät senrosomien alueella. Tässä tapauksessa centrosomit osallistuvat myös karan kokoonpanoon ja myötävaikuttavat jakonapojen muodostumiseen, mutta ne eivät ole karan olennainen osa, koska kokoamisprosessi voi edetä myös sentrosomit inaktivoituessa [9] .
Riippuen sentrosomien eroamisajasta suhteessa ydinkalvon tuhoutumishetkeen, erotetaan kaksi karan muodostumismekanismia [13] :
Parhaiten on tutkittu kromosomien kiinnittymismekanismia sentrosomeja sisältävissä eläinsoluissa. Profaasin aikana senrosomien ympärille muodostuu mikrotubulusten tähtirakenne, joka poikkeaa säteen suunnassa. Ytimen aluetta ydinkalvon tuhoutumisen jälkeen tutkivat aktiivisesti dynaamisesti epästabiilit mikrotubulukset, jotka vangitaan kromosomien kinetokoorilla. Osa kromosomeista sitoutuu nopeasti mikrotubuluksiin vastakkaisista navoista. Toinen osa kromosomeista kiinnittyy ensin mikrotubuluksiin, jotka tulevat yhdestä navasta. Sitten se liikkuu vastaavan navan suuntaan. Sitten yhteen napaan liittyvät kromosomit vangitsevat mikrotubuluksia vastakkaisesta napasta. Metafaasin aikana noin 10-40 mikrotubulusta liittyy kuhunkin kinetokoriin muodostaen kinetokoorikimmun. Kaikki kromosomit liittyvät vastakkaisiin jakautumisnapoihin ja ne on koottu metafaasilevyksi karan keskelle [6] .
On myös vaihtoehtoinen malli kinetokoorien kiinnittämiseksi karaan, joka sopii sekä soluille, joissa on sentrosomeja, että soluille, joista puuttuu sentrosomi. Tämän mallin mukaan lyhyet mikrotubulukset muodostuvat lähellä kromosomeja gamma-tubuliinirengaskompleksin mukana . Plus-päänsä ansiosta mikrotubulukset on upotettu kinetokoreihin. Tätä seuraa mikrotubulusten kontrolloitu kasvu ( polymerointi ). Mikrotubulusten venyvät miinuspäät "ommellaan" ja keskitetään jakautumisnapojen alueelle moottoriproteiinien osallistuessa. Centrosomit (jos niitä on) edistävät kinetokorimikrotubulusten kiinnittymistä jakonapoihin [14] .
Sisarkromatidien bipolaarinen orientaatioJotta kromosomit jakautuvat tasaisesti tytärsolujen välillä, on tärkeää, että parillisten kromatidien kinetokoorit ovat kiinnittyneet vastakkaisista navoista lähteviin mikrotubuluksiin. Kinetokoorien normaalia bipolaarista kiinnittymistä vastakkaisiin navoihin kutsutaan amfiteeliseksi . Karan kokoonpanon aikana voi kuitenkin tapahtua muita kromosomien kiinnittymiä. Yhden kinetokorin kiinnittämistä yhteen jakonapaan kutsutaan monoteeliseksi . Yhden kromosomin kahden kinetokorin kiinnittymistä kerralla yhteen jakonapaan kutsutaan synteeliseksi . Merotelic- kiinnitys on myös mahdollinen , jossa yksi kinetokori on yhdistetty kahteen napaan kerralla [15] .
Väärän kiinnittymisen estää osittain juuri sisarkinetokoorien geometria, jotka ovat kromosomien sentromeerialueen vastakkaisilla puolilla. Lisäksi virheelliset kiinnittymiset ovat epävakaita ja palautuvia, kun taas normaali bipolaarinen kinetokoorien kiinnittyminen on vakaa. Vakaa yhteys saavutetaan vastakkaisista jakonapeista lähtevien jännitysvoimien ansiosta. Pääkomponentti säätelyjärjestelmässä, joka vastaa kinetokoorien oikeasta kiinnittymisestä vastakkaisiin napoihin, on proteiinikinaasi aurora B [15] .