คิเนโตพลาสต์เป็นเครือข่ายของดีเอ็นเอ วงกลม (เรียกว่า kDNA) ภายในไมโทคอนเดรียซึ่งมีสำเนาจีโนมไมโทคอนเดรียจำนวน มาก ^{[ 1 ] [ 2 ]}โครงสร้างคิเนโตพลาสต์ที่พบได้บ่อยที่สุดคือแบบแผ่นกลม แต่ก็พบในรูปแบบอื่นๆ ด้วย คิเนโตพลาสต์พบได้เฉพาะในExcavataของคลาสKinetoplastidaเท่านั้น ความหลากหลายในโครงสร้างของคิเนโตพลาสต์อาจสะท้อนถึงความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการระหว่างคิเนโตพลาสติด^{[ 3 ]}โดยปกติคิเนโตพลาสต์จะอยู่ติดกับฐาน ของ แฟลเจลลา ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งบ่งชี้ว่ามันยึดติดกับส่วนประกอบบางอย่างของโครงกระดูกเซลล์ในTrypanosoma bruceiการเชื่อมต่อกับโครงกระดูกเซลล์นี้เรียกว่าคอมเพล็กซ์การยึดติดแบบสามส่วน^{[ 4 ]}

ในทริปาโนโซมซึ่งเป็นกลุ่มของโปรโตซัวที่มีแฟลเจลลา คิเนโตพลาสต์มีอยู่เป็นเม็ดดีเอ็นเอหนาแน่นภายในไมโทคอนเดรียTrypanosoma bruceiซึ่งเป็นปรสิตที่ก่อให้เกิด โรค ทริปาโนโซมิอาซิสในแอฟริกา (โรคเหงาหลับแอฟริกา) เป็นตัวอย่างของทริปาโนโซมที่มีคิเนโตพลาสต์ คิเนโตพลาสต์ของมันสามารถมองเห็นได้ง่ายในตัวอย่างที่ย้อมด้วยDAPIซึ่งเป็นสีย้อมดีเอ็นเอเรืองแสงหรือโดยการใช้การผสมแบบฟลูออเรสเซนต์ในแหล่งกำเนิด (FISH) ด้วย BrdU ซึ่ง เป็นอะนาล็อก ของ ไทมิ ดีน ^{[ 5 ]}ปรสิตอีกชนิดหนึ่งในสกุลเดียวกันคือTrypanosoma cruziก่อให้เกิดโรคชากาสในมนุษย์ (ส่วนใหญ่ในอเมริกากลางและอเมริกาใต้) ซึ่งแพร่กระจายผ่านแมลงจูบ คิเนโตพลาสต์ของT. cruziมีขนาดใหญ่กว่าของT. bruceiอย่าง มีนัยสำคัญ ^{[ 6 ]} Trypanosoma equiperdumทำให้เกิดโรคdourineในม้าและเป็นการติดเชื้อ trypanosome ที่ติดต่อทางเพศสัมพันธ์เพียงชนิดเดียว^{[ 7 ]}คิเนโตพลาสต์ของT. equiperdumมีลักษณะเฉพาะตรงที่มินิเซอร์เคิลทุกอันมีลำดับพันธุกรรมเหมือนกัน^{[ 8 ]}

คอมเพล็กซ์การยึดเกาะแบบไตรภาค (TAC) เป็นคอมเพล็กซ์โปรตีนที่เชื่อมโยงคิเนโตพลาสต์กับฐาน ของแฟลเจลลา ในT. bruceiคอมเพล็กซ์นี้มีความสำคัญต่อการแบ่งเซลล์ที่เหมาะสม เนื่องจากการแยกคิเนโตพลาสต์ไปยังเซลล์ลูกสาวสองเซลล์นั้นเชื่อมโยงทางกายภาพกับการแยกฐาน^{[ 9 ]}คอมเพล็กซ์นี้ประกอบขึ้นในลักษณะลำดับชั้น โดยการลดลงของโปรตีนที่อยู่ใกล้กับฐานจะนำไปสู่การสูญเสียโปรตีนที่อยู่ใกล้กับคิเนโตพลาสต์^{[ 10 ]}

ดีเอ็นเอคิเนโตพลาสต์บริสุทธิ์จากCrithidia fasciculataจำหน่ายโดยบริษัทชีวเคมีสองแห่ง ได้แก่TopoGenและInspiralisดีเอ็นเอคิเนโตพลาสต์ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นในการทดสอบการทำงานของยาหรือสารพิษที่มุ่งเป้าไปที่โทโปไอโซเมอเรส IIซึ่งเป็นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ที่สามารถคลายดีเอ็นเอที่พันกันโดยการส่งสายผ่านกัน เนื่องจากคิเนโตพลาสต์มักมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะเคลื่อนที่ผ่านเจลอะการ์ได้การปรากฏของแถบที่เกี่ยวข้องกับมินิเซอร์เคิลในระหว่าง การทดสอบ เจลอิเล็กโทรโฟเรซิสบ่งชี้ว่าโทโปไอโซเมอเรส II ได้คลายคิเนโตพลาสต์แล้ว การทดสอบนี้สามารถใช้เพื่อตรวจสอบว่ามียาหรือสารพิษที่มุ่งเป้าไปที่โทโปไอโซเมอเรส II อยู่หรือไม่^{[ 11 ]}คิเนโตพลาสต์จากC. fasciculataยังถูกใช้ใน การศึกษา ทางชีวฟิสิกส์ของดีเอ็นเอคิเนโตพลาสต์ในฐานะตัวอย่างตามธรรมชาติของ เจ ลโอลิมปิก^{[ 12 ]}

คิเนโตพลาสต์ประกอบด้วยดีเอ็นเอวงกลมสองรูปแบบ คือ แม็กซิเซอร์เคิลและมินิเซอร์เคิล แม็กซิเซอร์เคิลมีขนาดระหว่าง 20 ถึง 40 กิโลเบส และมีอยู่หลายสิบอันต่อคิเนโตพลาสต์หนึ่งอัน ในขณะที่มินิเซอร์เคิลมีหลายพันอันต่อคิเนโตพลาสต์หนึ่งอัน และมีขนาดระหว่าง 0.5 ถึง 1 กิโลเบส แม็กซิเซอร์เคิลเข้ารหัสผลิตภัณฑ์โปรตีนทั่วไปที่จำเป็นสำหรับไมโทคอนเดรียซึ่งถูกเข้ารหัสไว้ นี่คือหน้าที่เดียวที่ทราบของมินิเซอร์เคิล คือ การสร้างRNA นำทาง (gRNA) เพื่อถอดรหัสข้อมูลแม็กซิเซอร์เคิลที่เข้ารหัสไว้ โดยทั่วไปผ่านการแทรกหรือการลบ สารตกค้าง ยูริ ดีน เครือข่ายของแม็กซิเซอร์เคิลและมินิเซอร์เคิลเชื่อมต่อกันเป็นเครือข่ายระนาบที่คล้ายกับเกราะโซ่การสืบพันธุ์ของเครือข่ายนี้จึงต้องให้วงแหวนเหล่านี้แยกออกจากคิเนโตพลาสต์แม่และเชื่อมต่อใหม่ในคิเนโตพลาสต์ลูก^{[ 5 ] [ 13 ]}โหมดการจำลองดีเอ็นเอที่เป็นเอกลักษณ์นี้อาจเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดเป้าหมายยาที่ มีศักยภาพ

โครงสร้าง kDNA ที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคือโครงสร้างของCrithidia fasciculataซึ่งเป็นแผ่นดิสก์ที่เชื่อมต่อกันของ maxicircles และ minicircles ของ kDNA วงกลม ซึ่งส่วนใหญ่ไม่ได้ขดตัวแน่น [ ^{3 ] ภายนอก}แผ่นดิสก์ kDNA แต่ติดกันโดยตรงคือคอมเพล็กซ์ของโปรตีนสองกลุ่มที่ตั้งอยู่ห่างกัน 180˚ และเกี่ยวข้องกับการจำลองแบบ minicircle ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 5 ] [ 13 ]}โครงสร้างเครือข่ายของ DNA ของ kinetoplast นั้นเข้าใจได้เป็นหลักจากการทดลองกับC. fasciculata [ ^{14 ] โดยอาศัยเจ ล}อิเล็กโทรโฟเรซิสของ kinetoplast ที่ถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ตัดจำเพาะการทดลองเหล่านี้บ่งชี้ว่า minicircle แต่ละอันเชื่อมต่อกับสามอันโดยเฉลี่ย และ โครงสร้าง ตาข่ายผลึกที่สอดคล้องกับข้อมูลมากที่สุดคือตาข่ายรังผึ้งการศึกษาล่าสุดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมได้ยืนยันการเชื่อมต่อแบบสามวาเลนต์ แต่แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างนั้นไม่เป็นระเบียบอย่างมาก^{[ 15 ]}

นอกจากนี้ยังพบความแปรผันของเครือข่ายคิเนโตพลาสต์ ซึ่งสามารถอธิบายได้โดยการจัดเรียงและตำแหน่งของ kDNA ในเครือข่ายเหล่านั้น

• คิ เนโท พลาสต์โปร-kDNAเป็นโครงสร้างคล้ายมัดที่พบในเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรียใกล้กับฐานของแฟลเจลลัม ตรงกันข้ามกับเครือข่าย kDNA ทั่วไป คิเนโทพลาสต์โปร-kDNA มีการเรียงตัวเป็นลูกโซ่น้อยมาก และแม็กซิเซอร์เคิลและมินิเซอร์เคิลของมันอยู่ในสภาวะผ่อนคลายแทนที่จะเป็นแบบขดแน่น มีการสังเกตพบโปร-kDNA ในBodo saltans , Bodo designis , Procryptobia sorokini syn. Bodo sorokini , Rhynchomonas nasutaและCephalothamnium cyclopi ^{[ 3 ]}
• คิ เนโตพลาสต์ โพลี-kDNAมีโครงสร้าง kDNA คล้ายกับคิเนโตพลาสต์โปร-kDNA ประกอบด้วยการเรียงตัวเป็นลูกโซ่น้อยและไม่มีการขดตัวเป็นเกลียว คุณลักษณะที่โดดเด่นของโพลี-kDNA คือ แทนที่จะประกอบด้วยกลุ่มทรงกลมเดี่ยวๆ เหมือนในโปร-kDNA โพลี-kDNA จะกระจายตัวอยู่ตามจุดโฟกัส ต่างๆ ทั่วลูเมนของไมโทคอนเดรีย พบโพลี-kDNA ในDimastigella trypaniformis ( จุลินทรีย์ประจำถิ่นในลำไส้ของปลวก ), Dismastigella mimosa (คิเนโตพลาสติดที่ดำรงชีวิตอิสระ) และCruzella marina ( ปรสิตในลำไส้ของเพรียงทะเล ) ^{[ 3 ]}
• คิ เน โทพลาสต์แพน-kDNAเช่นเดียวกับโพลี-kDNA และโปร-kDNA มีระดับการเรียงตัวเป็นลูกโซ่น้อยกว่า แต่ก็มีมินิเซอร์เคิลที่ขดตัวเป็นเกลียว คิเนโทพลาสต์แพน-kDNA เติมเต็มเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรียส่วนใหญ่และไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะจุดโฟกัสที่แยกจากกันเหมือนโพลี-kDNA แพน-kDNA ได้รับการสังเกตในCryptobia helicis (ปรสิตของreceptaculum seminisของหอยทาก ), Bodo caudatusและCryptobia branchialis (ปรสิตของปลา ) ^{[ 3 ]}
• ไค เนโทพลาสต์ เมกะ-kDNAกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย แต่ไม่มีมินิเซอร์เคิล แทนที่จะเป็นเช่นนั้น ลำดับของ kDNA ที่มีลำดับคล้ายกับมินิเซอร์เคิลไคเนโทพลาสต์อื่นๆ จะเชื่อมต่อกันเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้นซึ่งมีความยาวประมาณ 200 กิโลเบส มีการสังเกตพบเมกะ-kDNA (หรือโครงสร้างที่คล้ายกับเมกะ-kDNA) ในTrypanoplasme borreli (ปรสิตในปลา) และJarrellia sp. ( ปรสิต ในวาฬ ) ^{[ 3 ]}

การมีอยู่ของโครงสร้าง kDNA ที่หลากหลายนี้ช่วยเสริมความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการระหว่างสายพันธุ์ของคิเนโตพลาสติด เนื่องจากแพน-kDNA มีลักษณะคล้ายกับพลาสมิด DNA มากที่สุด จึงอาจเป็นรูปแบบดั้งเดิมของ kDNA ^{[ 3 ]}

การจำลองแบบของคิเนโตพลาสต์เกิดขึ้นพร้อมกับการจำลองแบบของแฟลเจลลัมที่อยู่ติดกัน และเกิดขึ้นก่อนการจำลองแบบ DNA ของนิวเคลียสในเครือข่าย kDNA แบบดั้งเดิมของ Crithidia fasciculataการเริ่มต้นการจำลองแบบได้รับการส่งเสริมโดยการแยกมินิเซอร์เคิล kDNA ออกจากกันโดยโทโปไอโซเมอเรส IIมินิเซอร์เคิลที่เป็นอิสระจะถูกปล่อยเข้าไปในบริเวณระหว่างคิเนโตพลาสต์และเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียที่เรียกว่าโซนคิเนโตแฟลเจลลัม (KFZ) ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 13 ]}หลังจากการจำลองแบบ มินิเซอร์เคิลจะเคลื่อนที่ด้วยกลไกที่ไม่ทราบแน่ชัดไปยังคอมเพล็กซ์โปรตีนแอนติโพดัลซึ่งประกอบด้วยโปรตีนการจำลองแบบหลายชนิด รวมถึงเอนโดนิวคลี เอ สเฮลิเคสดีเอ็นเอพอลิเมอเรส ดีเอ็นเอไพรเมสและดีเอ็นเอไลเกสซึ่งเริ่มต้นการซ่อมแซมความไม่ต่อเนื่องที่เหลืออยู่ในมินิเซอร์เคิลที่จำลองแบบใหม่^{[ 5 ]}

กระบวนการนี้เกิดขึ้นทีละมินิเซอร์เคิล และมีมินิเซอร์เคิลเพียงจำนวนเล็กน้อยเท่านั้นที่แยกออกจากกันในแต่ละช่วงเวลา เพื่อติดตามว่ามินิเซอร์เคิลใดได้รับการจำลองแบบแล้ว เมื่อเชื่อมต่อกลับเข้ากับเครือข่าย kDNA ช่องว่างเล็กๆ จะยังคงอยู่ในมินิเซอร์เคิลที่เกิดขึ้นใหม่ ซึ่งระบุว่ามินิเซอร์เคิลเหล่านั้นได้รับการจำลองแบบแล้ว มินิเซอร์เคิลที่ยังไม่ได้รับการจำลองแบบจะยังคงปิดด้วยพันธะโควาเลนต์ ทันทีหลังจากการจำลองแบบ ลูกหลานแต่ละตัวจะเชื่อมต่อกับเครือข่าย kDNA ที่อยู่ใกล้กับคอมเพล็กซ์โปรตีนแอนติโพดัล และช่องว่างจะได้รับการซ่อมแซมบางส่วน^{[ 1 ] [ 13 ]}

เมื่อการจำลองมินิเซอร์เคิลดำเนินไป เพื่อป้องกันการสะสมของมินิเซอร์เคิลใหม่ เครือข่าย kDNA ทั้งหมดจะหมุนรอบแกนกลางของดิสก์ เชื่อกันว่าการหมุนนี้เชื่อมโยงโดยตรงกับการจำลองแฟลเจลลัมที่อยู่ติดกัน เนื่องจากฐานของลูกก็จะหมุนรอบฐานของแม่ในจังหวะและลักษณะที่คล้ายกับการหมุนของคิเนโทพลาสต์ การหมุนนี้ทำให้มินิเซอร์เคิลของคิเนโทพลาสต์ลูกประกอบกันเป็นเกลียวและเริ่มเคลื่อนที่เข้าด้านในไปยังศูนย์กลางของดิสก์ ในขณะที่มินิเซอร์เคิลใหม่จะถูกแยกออกและเคลื่อนเข้าไปใน KFZ เพื่อการจำลอง^{[ 2 ] [ 5 ] [ 13 ]}

แม้ว่ากลไกที่แน่นอนสำหรับ kDNA ของ maxicircle ยังไม่ได้รับการกำหนดในรายละเอียดเช่นเดียวกับ kDNA ของ minicircle แต่โครงสร้างที่เรียกว่าnabelschnur ( ภาษาเยอรมันแปลว่า " สายสะดือ ") ได้รับการสังเกตซึ่งยึดเครือข่าย kDNA ของลูกสาวไว้ แต่ในที่สุดก็จะแตกออกระหว่างการแยกตัว การใช้โพรบ FISH เพื่อกำหนดเป้าหมาย nabelschnur พบว่ามี kDNA ของ maxicircle อยู่ภายใน^{[ 5 ]}

การจำลองแบบของคิเนโตพลาสต์นั้นถูกอธิบายว่าเกิดขึ้นในห้าขั้นตอน โดยแต่ละขั้นตอนมีความสัมพันธ์กับการจำลองแบบของแฟลเจลลัมที่อยู่ติดกัน

• ระยะที่ 1 : คิเนโตพลาสต์ยังไม่เริ่มการจำลองแบบ ยังไม่มีโปรตีนคอมเพล็กซ์แบบแอนติโพดัล และอยู่ในตำแหน่งสัมพันธ์กับฐานของแฟลเจลลาเพียงอันเดียว
• ระยะที่ 2 : คิเนโตพลาสต์เริ่มแสดงโปรตีนคอมเพล็กซ์แบบแอนติโพดัล ฐานของแฟลเจลลาเริ่มจำลองตัวเอง เช่นเดียวกับคิเนโตพลาสต์ การเชื่อมต่อของคิเนโตพลาสต์ที่กำลังจำลองตัวเองกับฐานทั้งสองทำให้มันมีลักษณะเป็นโดม
• ขั้นตอนที่ 3 : แฟลเจลลัมใหม่เริ่มแยกตัวออก และคิเนโตพลาสต์มีรูปร่างเป็นสองแฉก
• ระยะที่ 4 : คิเนโตพลาสต์ปรากฏเป็นแผ่นแยกกัน แต่ยังคงเชื่อมต่อกันด้วยนาเบลชนูร์
• ขั้นตอนที่ 5 : คิเนโตพลาสต์ลูกสาวแยกออกจากกันโดยสมบูรณ์เนื่องจากนาเบลชนูร์แตก โครงสร้างของพวกมันเหมือนกับที่เห็นในขั้นตอนที่ 1 ^{[ 5 ]}

Trypanosoma cruziสามารถซ่อมแซมนิวคลีโอไท ด์ในดีเอ็นเอจีโนมหรือดีเอ็นเอคิเนโทพลาสต์ ที่เสียหายจากอนุมูลอิสระออกซิเจนที่ผลิตโดยโฮสต์ของปรสิตในระหว่างการติดเชื้อได้ ^{[ 16 ]}ดีเอ็นเอพอลิเมอเรสเบตาที่แสดงออกใน T. cruziถูกนำมาใช้ในการกำจัดความเสียหาย ของดีเอ็นเอจากออกซิเดชัน โดยกระบวนการซ่อมแซมการตัดฐานดูเหมือนว่าดีเอ็นเอพอลิเมอเรสเบตาจะทำงานในระหว่างการจำลอง ดีเอ็นเอคิเนโทพลาสต์ เพื่อซ่อมแซมความเสียหายของดีเอ็นเอจากออกซิเดชันที่เกิดจากความเครียดทางพันธุกรรมในออร์แกเนลล์นี้ ^{[ 16 ]}