سانترومر (Centromere) نقطه‌ای از «کروموزوم» (Chromosome) است که «فیبر‌های دوک تقسیم» (Spindle Fibers) میتوزی به آن وصل می‌شوند تا در طی تقسیم سلولی، «کروماتید‌های خواهری» (Sister Chromatids) را از هم جدا کنند.
هنگامی‌ که یک سلول در حال آمادگی برای تولید مثل است، ابتدا باید یک نسخه کامل از هر یک از کروموزوم‌‌های خود را تهیه کند تا اطمینان حاصل شود که سلول دختر آن‌ها یک نسخه کامل از DNA سلول مادر را دریافت می‌کند.
دو نسخه از هر کروموزوم اغلب تا زمانی که از هم جدا شوند، به صورت پایداری به یکدیگر متصل باقی می‌مانند و پس از جدایی این دو نسخه کروموزومی، یک نسخه به هر سلول دختر می‌رود. زمانی که دو نسخه کروموزومی به هم چسبیده‌اند، این دو نسخه کروماتید‌های خواهری نامیده می‌شوند.

وقتی سلول برای تقسیم آماده می‌شود، کروماتید‌های خواهری شروع به جدا شدن از یکدیگر می‌کنند تا زمانی که در انتهای تقسیم سلولی، تقریباً کاملاً از هم جدا شوند. با این حال، آن‌ها در مرکز کروموزوم محلی به نام سانترومر به یکدیگر متصل باقی می‌مانند. سانترومر منطقه ویژه‌ای در کروموزوم‌ است که نقش مهمی ‌در تقسیم سلولی دارد.

در سانترومر، عناصر اسکلت سلولی، در کنار هم جمع شده و به سانترومر وصل می‌شوند. در ابتدا، مجموعه‌ای از پروتئین‌‌ها به نام «کینه توکور» (Kinetochore) در اطراف ناحیه سانترومر هر کروموزوم تشکیل می‌شوند. سپس، فیبرهای دوک تقسیم میتوزی به پروتئین‌های کینه توکور متصل می‌شوند. انتهای دیگر این فیبرهای دوک تقسیم به دو قطب مخالف سلول مادری اتصال می‌یابند که از همین نواحی سلول والد به دو سلول‌‌ دختری جدید تقسیم می‌شوند.

هنگامی‌ که فیبرهای دوک تقسیم شروع به انقباض می‌کنند، کروماتید‌ها به سمت انتهای سلول مادری کشیده می‌شوند. به این ترتیب، زمانی که سلول‌های والد در طول مرحله سیتوکینز (Cytokinesis) (مرحله انتهایی تقسیم سلولی که در آن سلول اولیه با تقسیم سیتوپلاسم به دو سلول تبدیل می‌شود) به دو قطعه تقسیم می‌شوند، هر کروماتید خواهری به یک کروموزوم سلول دختر جدید تبدیل می‌شود.

برای درک این فرایند، مهم است که به یاد داشته باشید که هر کروماتید خواهری در واقع یک کپی کامل از کروموزوم سلول والدین است.

دو کروماتید خواهری در کنار هم اغلب به عنوان یک کروموزوم منفرد شناخته می‌شوند، زیرا آن‌ها به طور کامل به یکدیگر متصل شده‌اند، اما هرکدام شامل تمام اطلاعات مربوط به کروموزوم اصلی هستند، بنابراین هنگام تقسیم، هر یک تبدیل به یک کروموزوم کامل می‌شوند که شامل تمام اطلاعات موجود در سلول والد هستند.

تصویر زیر یک نمای شماتیک از آماده‌سازی سلول برای انجام تقسیم سلولی را نشان می‌دهد. توجه داشته باشید که بعد از مرحله ۲ پاکت هسته‌ای تجزیه شده و کروموزوم‌‌ها را در سیتوپلاسم آزاد می‌کند.

در مراحل ۳ و ۴، DNA در قالب کروموزوم‌ها بسیار متراکم می‌شود که در این کروموزوم‌ها، کروماتید‌های خواهری با یکدیگر جفت شده و در ناحیه سانترومر به هم متصل می‌شوند. در مرحله ۵ که در تصویر زیر قابل مشاهده است، کروماتید‌های خواهری به سمت قطب‌های مخالف سلول کشیده می‌شوند.

در مرحله ۶، با تقسیم سیتوپلاسم سلولی، سرانجام سلول به دو قسمت تقسیم می‌شود و کروماتیدهای خواهری از هم جدا شده و هریک به یکی از سلول‌های دختری جدید منتقل می‌شوند.

ساختمان سانترومر

سانترومرها را می‌توان به عنوان منطقه فشرده یا بخشی از کروموزوم‌های بلند تعریف کرد. در واقع سانترومرها توالی DNA تخصصی در کروموزوم‌ها به شمار می‌آیند که جفت کروماتیدهای خواهری را به هم پیوند داده و در کنار هم نگه می‌دارند. آن‌ها همچنین در تقسیم ساختمان کروموزوم به بازوی کوتاه (p) و بازوی بلند (q) نیز نقش دارند.

برخلاف نام سانترومرها (به معنای مرکز)، آن‌ها دقیقاً در مرکز کروموزوم‌ها قرار ندارند بلکه گاهی در انتهای کروموزوم‌ها جای می‌گیرند. بخش‌هایی از کروموزوم‌ها که در هر طرف سانترومرها قرار می‌گیرند، به عنوان بازوهای کروموزوم شناخته می‌شوند.

با توجه به بررسی ساختمان سانترومرها در زیر میکروسکوپ نوری، به طور کلی اعتقاد بر این است که بخش اصلی سانترومر پروتئین‌های کینه توکور و DNA مرتبط با پروتئین‌ها است. DNA ناحیه سانترومر به طور معمول در حالت هتروکروماتین قرار دارد و در طی عملکرد «کمپلکس پروتئینی کوهسین» (Cohesin Complex) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این کمپلکس جدا شدن کروماتیدهای خواهری را در هنگام آنافاز تقسیم سلولی بر عهده دارد.  

عملکرد سانترومر

تمام موجودات زنده از سلول تشکیل شده‌اند. برای رشد یا تولید مثل سلول‌‌ها، باید تقسیم سلولی اتفاق بیفتد. در تقسیم سلولی، یک سلول اولیه یا سلول مادر به دو قسمت تقسیم می‌شود که هر کدام از آن‌ها به یک سلول دختر تبدیل می‌شود.

برای زنده ماندن هر سلول دختر، ضروری است که نسخه‌ای کامل از کروموزوم‌‌های سلول‌های والد خود را دریافت کنند.

هنگامی ‌که این اتفاق رخ ندهد، سلول‌های دختر اطلاعات ناقص دریافت می‌کنند یا کپی‌‌های زیادی از یک کروموزوم را خواهند داشت که در این صورت ممکن است منجر به ناهنجاری جدی یا مرگ سلول شود.

برای اطمینان از اینکه یک نسخه کامل از DNA سلول اولیه به هر سلول دختر داده می‌شود، ابتدا سلول یک نسخه کامل از DNA خود تهیه می‌کند. این دو نسخه به هم می‌چسبند و در نهایت برای تشکیل کروماتید‌های خواهری متراکم می‌شوند، تا زمانی که هنگام تقسیم سلولی از هم جدا شوند.

سانترومر کروموزوم یک محل اتصال برای فیبرهای دوک تقسیم میتوزی ایجاد می‌کند که به هر کروماتید خواهری متصل شده و آن‌ها را به سمت قطب‌های مخالف سلول والد می‌کشاند که در نها‌یت با تقسیم سیتوپلاسم دو سلول دختری ایجاد خواهد شد.

در مواردی که سانترومر‌ها به درستی کار نمی‌کنند، سلول‌ها نمی‌توانند با موفقیت مراحل تقسیم سلولی را پشت سر بگذارند. هرگونه تلاش برای انجام این تقسیم در زمانی که سانترومرهای عملکرد مناسبی ندارند، منجر به ایجاد سلول‌های دختری می‌شود که دستورالعمل‌های ژنتیکی لازم برای زنده ماندن را ندارند.

اختلال در عملکرد سانترومر منجر به بروز مشکلات در مرتب سازی و قرارگیری صحیح کروموزوم‌ها می‌شود که در بسیاری از موارد در سقط جنین نقش دارد که در آن اختلالات ارثی سانترومر ممکن است منجر به مرگ زودرس جنین شود. علاوه بر این، تصور می‌شود، اختلال در عملکرد سانترومر ممکن است که در ایجاد سلول‌های سرطانی نقش داشته باشد. در سلول‌های سرطانی عدم تعادل گسترده در کروموزوم‌ها در اثر اختلال در نحوه مرتب سازی و قرارگیری کروموزوم‌‌ها در طی تقسیم سلولی به وجود می‌آید.

در اینجا عملکردهای سانترومرها به صورت خلاصه آورده شده است:

• سانترومرها نقطه اتصال پروتئین‌های کینه توکور هستند. کارکردهای اصلی آن‌ها شامل محل اتصال کروماتیدهای خواهری و تعیین محل اتصال فیبر دوک تقسیم به کروموزوم‌ها هستند..
• سانترومرها در قرارگیری و تفکیک مناسب کروموزوم‌ها در طی فرآیند تقسیم سلولی در سلول‌های یوکاریوتی نقش مهمی دارند.
• سانترومرها نقش مهمی در تولید سلول‌های جدید ارگانیسم‌های مختلف ایفا می‌کنند. هنگامی که کروموزوم‌ها در زمان تقسیم دو برابر می‌شوند، سانترومر به عنوان یک مکان اتصال برای دو کروموزوم دو برابر شده که به عنوان کروماتیدهای خواهری شناخته می‌شوند، عمل می‌کنند.

• سانترومرها همچنین در چسبندگی و جداسازی کروماتیدهای خواهری، حرکت کروموزومی، اتصال میکروتوبول‌ها، ایجاد هتروکروماتین و نقاط کنترل میتوزی نقش دارند.
• سانترومرها همچنین به عنوان مراکز پیشرفته پردازش سیگنال که در تنظیم پیشرفت چرخه سلولی مهم هستند، وظایفی را بر عهده دارند.

انواع سانترومر

سانترومرها انواع مختلفی دارند که در این بخش به معرفی آن‌ها می‌پردازیم:

سانترومر نقطه‌ای

«سانترومر‌های نقطه‌ای» (Point Centromeres) سانترومر‌هایی هستند که در آن‌ها فیبرهای دوک تقسیم میتوزی به توالی‌های خاصی از DNA جذب می‌شوند. در این موارد، سلول پروتئین‌‌هایی دارد که به این توالی‌‌های خاص  DNA متصل می‌شوند و این پروتئین‌‌ها پایه اتصال فیبر‌های دوک تقسیم میتوزی را تشکیل می‌دهند.

در این حالت، فیبرهای دوک میتوزی به طور معمول در هر جایی که توالی DNA سانترومر نقطه‌ای ظاهر شود، قرار می‌گیرند. پروتئینی که ایجاد کمپلکس یا مجموعه فیبرهای دوک تفسیم میتوزی را شروع می‌کند، بدون توجه به محل یا عوامل دیگر، درست به توالی DNA سانترومر نقطه‌ای متصل می‌شود.

سانترومر منطقه‌ای

انسان‌ها و بیشتر سلول‌های یوکاریوتی از «سانترومر‌های منطقه‌ای» (Regional Centromeres) استفاده می‌کنند. این سانترومر‌ها هستند که اتصال دوک تفسیم میتوزی را تعیین می‌کند، نه با یک توالی دقیق از DNA، بلکه با ترکیبی از ویژگی‌‌هایی که با هم کار می‌کنند تا بتوانند مکان یک سانترومر را مشخص کنند.

در سانترومر‌های منطقه‌ای، تصور می‌شود که «علائم اپی ژنتیکی» (Epigenetic Marks) به پروتئین‌‌هایی که شروع به ساخت دوک تقسیم میتوزی می‌کنند، دستور می‌دهند که در کجا باید به هم وصل شوند.

علائم اپی ژنتیکی تغییرات شیمیایی در DNA هستند که توسط آنزیم‌‌ها ایجاد می‌شوند که می‌تواند باعث تغییر در خصوصیات شیمیایی DNA و سایر خواص آن شوند. علائم اپی ژنتیک بدون تغییر در اطلاعات موجود در DNA می‌تواند اضافه یا حذف شوند.

منابع: Biologydictionary، Nature، Genome