Kinetoplast

variaties van kinetoplast-netwerken zijn ook waargenomen en worden beschreven door de opstelling en locatie van hun kDNA.

• een pro-kDNA kinetoplast is een bundelachtige structuur die wordt aangetroffen in de mitochondriale matrix proximaal aan het flagellaire basale lichaam. In tegenstelling tot het conventionele kdna-netwerk bevat een pro-kDNA kinetoplast zeer weinig catenatie en zijn maxicircles en minicircles zijn ontspannen in plaats van supercoiled. Pro-kDNA is waargenomen in Bodo saltans, Bodo designis, Procryptobia sorokini syn. Bodo sorokini, Rhynchomonas nasuta, en Cephalothamnium cyclopi.
• een poly-kDNA kinetoplast is qua kdna-structuur vergelijkbaar met een pro-kDNA kinetoplast. Het bevat weinig overkapping en geen supercoiling. Het onderscheidende kenmerk van poly-kDNA is dat in plaats van samengesteld uit een enkele bolvormige bundel zoals in pro-kDNA, de poly-kDNA wordt verdeeld over verschillende discrete foci in het mitochondriale lumen. Poly-kDNA is waargenomen bij Dimastigella trypaniformis (een commensaal in de darm van een termiet), Dismastigella mimosa (een vrij levende kinetoplastide) en Cruzella marina (een parasiet van de darm van een zeespuit).
• een pan-kDNA kinetoplast bevat, net als poly-kdna en pro-kdna, een mindere mate van catenatie, maar het bevat minicirkels die supercoiled zijn. Pan-kDNA kinetoplasten vullen het grootste deel van de mitochondriale matrix en zijn niet beperkt tot discrete foci zoals poly-kdna. Pan-kDNA is waargenomen bij Cryptobia helicis (een parasiet van de receptaculum seminis van slakken), Bodo caudatus en Cryptobia branchialis (een parasiet van vissen).
• een mega-kDNA kinetoplast is vrij gelijkmatig verdeeld over de mitochondriale matrix, maar bevat geen minicirkels. In plaats daarvan, worden de opeenvolgingen van kdna gelijkaardig in opeenvolging aan andere kinetoplast minicircles verbonden in tandem in grotere molecules ongeveer 200kb in lengte. Mega-kDNA (of structuren vergelijkbaar met mega-kDNA) zijn waargenomen bij Trypanoplasme borreli (een visparasiet) en Jarrellia sp. (een walvisparasiet).

de aanwezigheid van deze variëteit van kdna-structuren versterkt de evolutionaire relatie tussen de soorten kinetoplastiden. Aangezien pan-kDNA het dichtst op een plasmide van DNA lijkt, kan het de voorouderlijke vorm van kDNA zijn.

Replicatiedit

Figuur 8. Illustratie van de locatie van het antipodale eiwitcomplex ten opzichte van kinetoplastschijf (boven) en de migratie van minicircle naar deze complexen voor replicatie (onder).

de replicatie van kinetoplast komt gelijktijdig aan de verdubbeling van het aangrenzende flagellum en vlak vóór de nucleaire replicatie van DNA voor. In een traditioneel Crithidia fasciculata kdna netwerk, wordt initiatie van replicatie bevorderd door het ontkoppelen van kdna minicirkels via topoisomerase II. De vrije minicircles worden vrijgegeven in een gebied tussen de kinetoplast en het mitochondrial membraan genoemd de kinetoflagellaire zone (KFZ). Na replicatie migreren de minicircles door onbekende mechanismen aan de antipodale eiwitcomplexen die verscheidene replicatie proteã nen met inbegrip van een endonuclease, helicase, de polymerase van DNA, de primase van DNA, en de ligase van DNA bevatten, die reparatie van resterende onderbrekingen in de onlangs gerepliceerde minicircles in werking stellen.

dit proces gebeurt één minicirkel per keer, en slechts een klein aantal minicirkels worden op een bepaald moment ontkoppeld. Om bij te houden welke minicircles zijn gerepliceerd, bij het terugkeren naar het kDNA-netwerk blijft een kleine kloof in de ontluikende minicircles, die hen identificeert als reeds gerepliceerd. Nog niet gerepliceerde minicirkels zijn nog covalent gesloten. Onmiddellijk na replicatie is elk nageslacht verbonden aan het kdna-netwerk proximaal aan de antipodale eiwitcomplexen en de hiaten worden gedeeltelijk hersteld.

figuur 9. Illustratie van kinetoplast rotatie tijdens minicircle replicatie.

Kinetoplast (K) deelt eerst en vervolgens de kern (N) in het delen van T. brucei

aangezien de replicatie van minicircle vordert, om de opbouw van nieuwe minicircles te verhinderen, zal het volledige netwerk van kDNA rond de centrale as van de schijf roteren. De rotatie wordt verondersteld direct verbonden te zijn met de replicatie van het aangrenzende flagellum, omdat het basale lichaam van de dochter ook rond het basale lichaam van de moeder zal draaien op een timing en wijze vergelijkbaar met de rotatie van de kinetoplast. Door te roteren, worden de minicirkels van de dochter kinetoplast geassembleerd in een spiraalvormige manier en beginnen naar binnen te bewegen naar het midden van de schijf als nieuwe minicirkels worden losgekoppeld en verplaatst naar de KFZ voor replicatie.

terwijl de exacte mechanismen voor maxicircle kDNA nog in hetzelfde detail moeten worden bepaald als minicircle kDNA, wordt een structuur genaamd nabelschnur (Duits voor “navelstreng”) waargenomen die de dochter kdna-netwerken vastbindt, maar uiteindelijk breekt tijdens de scheiding. Met behulp van vis sondes te richten op de nabelschnur, is gebleken dat maxicircle kDNA bevatten.

Kinetoplast-replicatie wordt beschreven als in vijf fasen, elk in relatie tot de replicatie van het aangrenzende flagellum.

• Fase I: De kinetoplast is nog niet begonnen met replicatie, bevat geen antipodale eiwitcomplexen en is gepositioneerd ten opzichte van één enkel flagellair basaal lichaam.
• stadium II: het kinetoplast begint antipodale eiwitcomplexen te vertonen. Het flagellaire basale lichaam begint replicatie, net als de kinetoplast. De associatie van de replicerende kinetoplast met de twee basale lichamen zorgt ervoor dat het een koepelvormig uiterlijk ontwikkelt.
• Fase III: het nieuwe flagellum begint te scheiden en de kinetoplast krijgt een bilobedvorm.
• Fase IV: De kinetoplasten verschijnen als aparte schijven, maar blijven verbonden door de nabelschnur.
• Stadium V: de dochterkinetoplasten worden volledig gescheiden als de nabelschnur wordt gebroken. Hun structuur is identiek aan die in Fase I.