Kinetoplast on pyöreä DNA- molekyylien verkosto ( DNA :lle ), joka sijaitsee jättimäisissä mitokondrioissa ja sisältää monia kopioita mitokondrioiden genomista [1] [2] . Useimmiten kinetoplast on kiekon muotoinen, vaikka tästä säännöstä tunnetaan poikkeuksia. Kinetoplastia esiintyy vain kinetoplastidiluokan alkueläimissä . Kinetoplastien rakenteen vaihtelut voivat heijastaa fylogeneettisiä suhteita kinetoplastideissa [3] . Kinetoplasti löytyy yleensä siiman tyvikappaleen läheltä , ja siksi se todennäköisesti liittyy vahvasti solutukirankoon . Kinetoplasti voidaan helposti visualisoida soluissa käyttämällä DAPI -värjäystä. [4].
Kinetoplasti sisältää DNA:ta kahdessa muodossa: miniympyrät ja maxicircles. Maxirenkaat sisältävät 20 - 40 tuhatta emäsparia (kiloemästä, kb) ja niitä on kinetoplastissa useita kymmeniä. Yksi kinetoplasti sisältää useita tuhansia minirenkaita, jotka sisältävät 0,5–1 kb. Maxi-renkaat koodaavat proteiineja , jotka ovat välttämättömiä kinetoplastin sisältävän jättimäisen mitokondrion toiminnalle. Ainoa tunnettu miniympyröiden tehtävä on säädellä maksiympyröiden ilmentymistä ohjaavien RNA:iden muodostamisen kautta . Maxi- ja minirenkaat ovat ketjutettu keskenään muodostaen litteän ketjun postimaisen verkon . cDNA-replikaation aikana renkaat erotetaan ensin ja tytärkinetoplasteissa ne katenoidaan uudelleen [4] [5] . cDNA:n rakennetta tutkitaan parhaiten Crithidia fasciculata , joka on mini- ja maxi-ympyröiden katenoitu levy, joista suurin osa ei ole superkierteisiä [3] . Ulkopuolelta katsottuna kaksi proteiinikompleksia on suoraan cDNA:n vieressä , kierrettynä 180° toisiinsa nähden ja osallistuvat miniympyröiden replikaatioon [1] [2] [4] [5] .
Kinetoplastidien eri edustajissa kinetoplastilla ja sen DNA:lla on erilainen rakenne. Tunnetaan seuraavat vaihtoehdot, jotka eroavat yllä kuvatusta tyypillisestä kaaviosta [3] :
Kinetoplastin kaksinkertaistuminen tapahtuu samanaikaisesti viereisen flagellumin kaksinkertaistumisen kanssa välittömästi ennen tuman DNA:n replikaation alkamista. Tyypillisessä kinetoplastissa (kuten Crithidia fasciculatassa ) replikaatio aloitetaan avaamalla cDNA-miniympyrät topoisomeraasi II :lla . Vapaat miniympyrät ulottuvat kinetoplastin ja sisäisen mitokondriokalvon väliseen tilaan , joka tunnetaan kinetoflagellar-vyöhykkeenä [2] [3] [5] . Seuraavaksi miniympyrät siirtyvät tuntemattoman mekanismin kautta vastakkaisiin antipodiaalisiin proteiinikomplekseihin, jotka sisältävät endonukleaasia , helikaasia , DNA-polymeraasia , DNA-primaasia ja DNA-ligaasia , mikä eliminoi replikaatiovirheet äskettäin kaksinkertaistuneissa miniympyröissä [4] . Juuri kopioidut miniympyrät voidaan erottaa kypsistä miniympyröistä kapealla raolla. Minirenkaat, joihin ei kohdistu kaksinkertaistamista, pysyvät kovalenttisesti suljettuina. Välittömästi replikaation jälkeen kaikki äskettäin kopioidut miniympyrät liittyvät cDNA-verkkoon ja niiden halkeamat korjataan osittain [1] [5] .
Samalla kun miniympyrän replikaatio jatkuu, cDNA-verkko pyörii jatkuvasti levyn keskiakselin ympäri estääkseen uusien miniympyröiden kiinnittymisen äidin kinetoplastiin. Uskotaan, että rotaatio liittyy suoraan viereisen siiman kaksinkertaistumiseen, koska tytärtyvikappale pyörii emokappaleen ympäri kinetoplastin pyörimisen myötä. Pyörimällä tytärkinetoplastin miniympyrät kiertyvät ja siirtyvät vähitellen kohti levyn keskustaa, kun muut miniympyrät irtoavat äidin cDNA:sta ja lähetetään kinetoflagellar-vyöhykkeelle replikaatiota varten [2] [4] [5] .
Maxi-renkaiden tuplausmekanismia ei ole tutkittu niin yksityiskohtaisesti kuin minirenkaiden. Oli mahdollista tunnistaa nabelschnur-niminen rakenne (saksalaisesta " napanuorasta "), joka yhdistää tytär-cDNA:n alkuperäiseen ennen kuin ne erotetaan. FISH :ia käyttämällä pystyttiin todistamaan, että nabelschnur koostuu cDNA-maksiympyröistä [4] .
Kinetoplastin replikaation prosessissa erotetaan viisi vaihetta, joista jokainen liittyy viereisen flagellumin kaksinkertaistumiseen. 1. Vaihe I. Kinetoplasti ei ole alkanut replikoitua, siinä ei ole antipodiaalisia proteiinikomplekseja. 2. Vaihe II . Antipodiaalisia komplekseja alkaa ilmaantua kinetoplastissa. Siiman tyvirungon kaksinkertaistuminen alkaa. 3. Vaihe III . Uuden flagellumin erottuminen alkaa, kinetoplasti saa kaksiosaisen ulkonäön. 4. Vaihe IV . Tytär kinetoplastit ovat käytännössä erotettuja ja ne ovat yhteydessä vain nabelschnur. 5. Vaihe V. Tytärkinetoplastit erotetaan lopulta, nabelschnur tuhoutuu. Kinetoplastien rakenne on identtinen ensimmäisen vaiheen kanssa [4] .
Trypanosoma cruzi pystyy korjaamaan sekä tuman DNA:ssa että cDNA:ssa olevia nukleotideja , joita isäntäorganismissa infektion aikana syntyneet reaktiiviset happilajit ovat vaurioittaneet [6] . T. cruzi -solujen DNA-polymeraasi korjaa oksidatiivisen DNA-vaurion emäsleikkauskorjauksella . Todennäköisesti tämä entsyymi eliminoi cDNA:n oksidatiivisen vaurion, jonka genotoksinen stressi aiheuttaa sen replikaation aikana [6] .