Prokarüoodi ja eukarüoodi kromosoom

    T.Brown defineerib kromosoomi (chromosome) kui isereplitseeruvat nukleiinhappe molekuli, mis sisaldab geene. Selline definitsioon sobib nii pro- kui ka eukarüoodi kromosoomi kohta; samuti sobib see viiruste, plasmiidide ning eukarüoodi mitokondrite ja kloroplastide DNA iseloomustamiseks, mis on kõik geneetiku seisukohast vaadatuna kromosoomid. Taoline kromosoomi määratlus on aga samas nii üldine, et kipub kaotama sisulist mõtet.
    Mis siis on kromosoom? Igatahes mitte ainult värvunud kehake rakutuumas nagu "klassikaline tsütogeneetika" seda nägi, pigemini hoopis keeruline molekulaarne masinavärk (molecular machinery). Loodetavasti viivad järgnevad loengud selle mõistmisele lähemele. 
   Prokarüootide (Archaebacteria ja Eubacteria incl. Cyanobacteria) kromosoom on rõngas-DNA molekul. Kogu prokarüdoodi genoom on pakitud ühte kromosoomi, mille koostisesse kuuluvad peale DNA kaksikahela veel valgud ja RNA-d. DNA, mille pikkuseks on keskmiselt 1 mm, on kokku pakitud mitmekümneks linguks, mida hoitakse koos RNA abil. Transkribeeritavad lingualad despiraliseeruvad. Valkude abil kinnituvad DNA lingud oma basaalse alaga bakteriraku sisemembraanile, moodustades nukleoidi piirkonna.
    Kõigil eukarüootidel on nukleosoomse struktuuriga kromosoomid, mis paiknevad rakutuumas ning on tsütoplasmast eraldatud kahekihilise tuumamembraaniga. Lisaks tuumagenoomile on eukarüoodi rakus tuumaväline mitokondrigenoom, millele taimede ja mõnede vetikate puhul lisandub kloroplastigenoom. Erinevalt prokarüoodi genoomist on eukarüoodi genoom jagatud kromosoomide vahel. DNA molekulide arv kromosoomis võib olla üks või kaks, vastavalt sellele, kas on tegemist ühe- või kahekromatiidilise kromosoomiga. Ühekromatiidiline e. G1 kromosoom on rakutsükli G1 või G0 faasis olev kromosoom, milles üks DNA kaksikahel ulatub pidevana ühest kromosoomi otsast teise. Kahekromatiidiline e. G2 kromosoom on rakutsükli S faasi läbinud kromosoom, milles on 2 lineaarset DNA molekuli. Viimaste hulka kuuluvad ka näiteks mitoosi pro- ja metafaasi kromosoomid. Iga kromosoom koosneb seega ühest või kahest lineaarsest DNA molekulist, mis on seostunud struktuursete ja regulatoorsete valkudega. Interfaasi tuumas on valgusmikroskoobis näha vaid kromatiini kogumikud, elektronmikroskoobi lahutuse tasemel võib saada aga kinnituse, et kromosoomid on omaette struktuurina olemas raku tuumas kogu rakutsükli vältel. Kromosoomid kinnituvad tuuma sisemembraanile tuuma lamiinide vahendusel. Mitoosi ja meioosi kromosoomid on tugevasti kokkupakitud struktuurid ja valgusmikroskoobis analüüsitavad. Niisiis, võrreldes prokarüoodiga on eukarüoodi kromosoomide arv suurem, kromosoomid ise on palju suuremad ning nende ehitus keerulisem. Kromosoomi eri piirkonnad sisaldavad erinevaid DNA klasse ja täidavad kindlaid funktsioone. Eriti olulised kromosoomi kui terviku säilimisel on tsentromeeri ja telomeeri alad.

Kromosoomide arv

    Eukarüoodi genoom on jaotatud paljudeks kromosoomideks. Genoomi all mõeldaksegi rakutuuma haploidset kromosoomistikku (n), mida iseloomustab geenilookuste ja aheldusrühmade arv ja struktuur. Diploidsetes rakkudes on seega kaks genoomi (2n) - ühe annab sügoodi moodustumisel spermatozoid, teise munarakk.
    Igal liigil on oma kindel kromosoomide arv. Erinevatel liikidel on see erinev ning pole otseselt seotud ei organismi keerukuse ega evolutsioonilise suhtega. Eukarüootidel on tuuma kromosoomide arv reeglina suurem kui üks. Naaskelsaba (Parascaris equorum) on ainsaks teadaolevaks erandiks, kelle haploidsetes sugurakkudes on ainult üks kromosoom. Tema somaatilistes rakkudes jaguneb see aga väikesteks holotsentrilisteks ilma lokaliseeritud tsentromeerita kromosoomideks. Ka haploidne kromosoomiarv 2 on väga haruldane, esinedes näiteks Põhja-Ameerikas looduslikult kasvaval taimel Haplopappus gracilis. 
    Kõige suuremat kromosoomide arvu - haploidne üle 500, diploidne üle 1000 - on kirjeldatud sõnajalgadel. Sõnajalal Ophioglossum reticulatum on diploidne kromosoomiarv teadaolevalt suurim 2n=1260. Loomariigis varieerub erinevate liikide kromosoomiarv vähem. Imetajatest on kõige vähem kromosoome (n=3) ühel hirveliigil - muntjakil (Muntjacus muntjack). Diploidne kromosoomiarv (2n) on antud liigi emasisenditel 6, isasasisenditel aga tänu Y kromosoomi fragmenteerumisele 7. Kõige suurema kromosoomide arvuga imetaja on teadaolevalt Lõuna-Ameerika näriline Tympanoctamys barrerae, kelle diploidseks kromosoomiarvuks on 102. Enamuse liikide haploidne kromosoomide arv varieerub 6 ja 25 vahel; diploidne vastavalt 12 ja 50 vahel. Väikese ülevaate kromosoomide arvu varieerumisest erinevatel liikidel annab tabel 1.

Tabel 1. Diploidne kromosoomiarv erinevatel liikidel
 

Liik		2n
Loomad
aafrika rohepärdik	Cercopithecus aethiops	60
alligaator	Alligator mississipiensis	32
delfiin	Stenella plagiodon	44
eesel	Equus asinus	62
gorilla	Gorilla gorilla	48
inimene	Homo sapiens	46
hiina hamster	Cricetulus griseus	22
hobune	Equus caballus	64
hüdra	Hydra vulgaris attenuata	32
kana	Gallus domesticus	*78
karpkala	Cyprinus carpio	104
kass	Felis domesticus	38
kits	Carpea hircus	60
koer	Canis familiaris	78
konn	Rana pipiens	26
koduhiir	Mus musculus	40
kuldhamster	Mesocricetus auratus	44
küülik	Oryctolagus cuniculus	44
lammas	Ovis aries	54
lameuss	Planaria torva	16
laulusääsk	Culex pipiens	6
merisiga	Cavia cobaya	64
nematood	Caenorhabditis elegans	11/12
orangutang	Pongo pygmaeus	48
reesusahv	Macaca mulatta	42
rott	Rattus norvegicus	42
siga	Sus domesticus	38
siidiliblikas	Bombyx mori	56
shimpans	Pan troglodytes	48
surusääsk toakärbes	Chironomus tentans Musca domestica	8 12
veis	Bos taurus	60
äädikakärbes	Drosophila melanogaster	8
Taimed ja seened
aedhernes	Pisum sativum	14
aeduba e. türgi uba	Phaseolus vulgaris	22
hallitusseened	Aspargillus nidulans	16
	Neurospora crassa	14
	Penicillium species	8
kartul	Solanum tuberosum	48
lõvilõug	Antirrhinum majus	16
mais	Zea mays	20
mänd	Pinus species	24
nisu	Triticum monococcum	24
oder	Hordeum vulgare	14
põlduba	Vicia faba	12
pärm	Saccharomyces cerevisiae	32
rohevetikas	Chlamydomonas reinhardtii	32
sibul	Allium cepa	16
tomat	Lycopersicon esculentum	24
tubakas	Nicotiana tabacum	48
* kromosoomiarv varieerub või pole täpselt teada

Kromosoomide suurus ja kuju

    Eukarüoodi genoom on oluliselt suurem kui prokarüoodil. Fikseerimise ja värvimise järel on mitootiliste või meiootiliste rakkude kromosoomid valgusmikroskoobis enamasti nähtavad. Erandiks on näiteks pärm, kelle kromosoomid on nii väikesed, et neid valgusmikroskoobis pole võimalik eristada. Pagaripärmi (Saccharomyces cerevisiae) tuuma genoom on jaotunud 16 kromosoomi vahel (diploidne kromosoomiarv on 32), lisaks on olemas ka mitokondriaalne genoom. Mitokondrite hulk võib ulatuda ühes rakus kuni paarikümneni. Seega on pärmis 17 sünteenset aheldusrühma. Pärmi genoom on tänaseks täielikult sekveneeritud ja see on ka senini ainuke eukarüoot, kelle genoomi kogu järjestus on teada. Kõige väiksem funktsionaalne eukarüoodi tuuma kromosoom on S. cerevisiae I kromosoom, mis on 231 kbp suur. Selles on 89 avatud lugemisraami ja 4 tRNA geeni. Kromosoomi keskne osa on 165 kbp ning see on geenirikas, külgnevad terminaalsed alad (25% kromosoomist) moodustavad kromosoomiotsad, mis sisaldavad telomeerset kordust W`. Väike geenitihedus, pseudogeenide esinemine ja ekspressiooni puudumine viitavad sellele, et need terminaalsed alad on pärmi heterokromatiin. Sellise suure hulga vähest geneetilist infot sisaldava DNA olemasolu viitab sellele, et nii saavutatakse vajalik kriitiline pikkus kromosoomi funktsioneerimiseks. S. cerevisiae kõige suurem kromosoom on 1532 kbp pikkune IV kromosoom. 
    Kromosoomide suurus varieerub samuti kui kromosoomiarvgi olulisel määral eri liikidel, ulatudes mikromeetri murdosast kuni 30 um-ni (valgusmikroskoobi maksimaalne suurendus ulatub 1250x ja lahutusvõime on 0.24 um). Väga väikesed kromosoomid on seentel ja rohevetikatel, kõige suuremad aga amfiibidel ja liilialaadsetel taimedel, ka näiteks enamusel rohutirtsudel on suured kromosoomid. Kõrgematel organismidel on suhteliselt suuremad kromosoomid kui madalamatel ja lähedaste liikide kromosoomistikud on sarnasemad. Siingi on arvukalt erandeid, nii ainu- kui ka hulkraksete seas. Kromosoomide arv ja suurus pole otseses seoses. Nii näiteks on kahel kaunviljalisel taimel nõiahambal (Lotus tenuis) ja põldoal (Vicia faba) kromosoomide arv sama (2n=12), kuid nende keskmine pikkus erineb oluliselt, olles vastavalt 1.8 um ja 14 um.
    Ühe ja sama kromosoomistiku piires varieerub kromosoomide suurus teatud kindlas vahemikus, st. kõik kromosoomid on kas suured või väikesed, erinedes omavahel vähe. Mõnedel linnu ja sisaliku liikidel koosneb kromosoomistik kahte sorti kromosoomidest: vähestest suurtest kromosoomidest ja paljudest väga väikestest kromosoomidest (mikrokromosoomidest). Mitoosi metafaasis paiknevad väikesed kromosoomid tavaliselt keskel ja suured moodustavad ringi nende ümber. Inimese metafaasi kromosoomide pikkus varieerub 2-10 um-ni (kõige väiksemast kõige suuremani).
    Kromosoomistikku iseloomustab ka kromosoomide kuju, mille määrab primaarsoonise e. tsentromeeri asukoht. Sellest tingituna eristatakse telo-, akro-, submeta- ja metatsentrilisi kromosoome. Metatsentriku tsentromeer jagab kromosoomi kaheks enamvähem võrdseks õlaks, seevastu näiteks telotsentriku tsentromeer paikneb telomeeri piirkonnas ja kromosoomil on visuaalselt eristatav vaid üks õlg. Kromosoomid võivad olla kõik ühte tüüpi nagu näiteks hiirel, kellel on karüotüübis vaid telotsentrikud. Ühe liigi kromosoomistiku kromosoomid võivad morfoloogiliselt olla ka erinevad, nagu näiteks inimesel, kellel on karüotüübis nii meta-, submeta kui ka akrotsentrilised kromosoomid. Kõrgemini arenenud liikidel (mingi rühma sees) on rohkem asümmeetrilisi kromosoome, st. kromosoome, mille õlgade pikkus  erineb.

Kromosoomide koostis

    Prokarüoodi kromosoomi koostisse kuuluvad DNA, valgud ja RNA. Samad komponendid kuuluvad ka eukarüoodi kromosoomi, jaotudes järgmiselt: DNA(10-30%), RNA (0.2-15%), valgud (45-90%). 
   Tuuma DNA hulk on määratud liigi kromosoomide arvu ja suuruse poolt. Igal liigil on genoomis kindel hulk DNA-d ja seda nimetatakse C-väärtuseks. C-väärtus võib olla antud pikogrammides või aluspaarides. DNA hulk eukarüootidel on palju suurem kui prokarüootidel. Eukarüootidest kõige vähem DNA-d on seentel, kusjuures seda on ikkagi 10 korda rohkem kui soolekepikesel E. coli, kellel on prokarüootidest üks suuremaid genoome.
    DNA hulk varieerub loomariigis suurel määral, olles näiteks äädikakärbse (Drosophila) diploidses tuumas 0.2 pg ja salamandril (Amphiuma), kellel on väga suured kromosoomid, 168 pg. Ka taimeriigis on erinevused sama suured, varieerudes 1.4 pg-st linal (Linum) kuni 196.7 pg-ni liilial (Fritillaria). Imetajatel on diploidse tuuma DNA hulk 4-6 pg, erinedes klassi piires liikide vahel üllatavalt vähe, eriti kui võtta arvesse kromosoomide arvu ja suuruse ulatuslikku varieerumist. DNA hulk kalade diploidses garnituuris ulatub 2-200 pg-ni ja õistaimedel 2-400 pg-ni, erinedes oluliselt liikide vahel. DNA hulk pikogrammides antakse sageli ka haploidse garnituuri kohta. Ülevaate C-väärtuste varieerumise kohta erinevates organismide rühmades annab tabel 2.

Tabel 2. DNA sisaldus ja genoomi keerukus
 

Organismide rühm	Liik	Genoomi suurus (bp)	DNA pikkus (mm)
Viirused:	SV40	5×103	0.0017
	T7	4×104	0.014
	T2	2×105	0.068
Prokarüoodid:	mükoplasma	3×105	0.10
	batsill	3×106	1.02
	E.coli	4×106	1.36
Eukarüoodid:
Seened:	pärm	2×107	6.8
Loomad:	Drosophila	2×108	68
	kana	2×109	680
	inimene	3×109	1700
Taimed:	uba	9×109	3100
	Trillium	1×1011	34000

   Kui nüüd võrrelda C-väärtusi aluspaarides erinevates organismide rühmades - bakteritel suurusjärgus 10⁵-10⁷ bp, vetikatel ja seentel 10⁷-10⁸ bp ning taimedel ja loomadel vähemalt 10⁸ bp, siis võib leida teatud seose genoomi suuruse ja organismide keerukuse vahel. See on aga üldistav hinnang, sest tegelikult täheldatakse DNA hulga väga suurt varieeruvust lähedastel liikidel ja DNA hulga sarnasust morfoloogiliselt väga erinevate ja süstemaatiliselt kaugete liikide vahel. Sellist nähtust nimetatakse C-väärtuse paradoksiks. Nii näiteks on imetajatel vähem DNA-d kui enamikul amfiibidel, ning amfiibide erinevatel liikidel varieerub DNA hulk 10⁹-10¹¹ bp. Tekib küsimus, miks on amfiibidel vaja enam DNA-d kui imetajatel ja miks vajavad mõned amfiibiliigid 100 korda rohkem DNA-d kui teised. Mis on selle ülearuse DNA funktsioon, kui see pole seotud valkude kodeerimisega?
    RNA sisaldus kromatiinis on väike, keskmiselt 0.2-2%, ulatudes harva 10-15%-ni ning sõltub palju objektist ja eraldamise meetoditest. Kromatiin sisaldab kõiki RNA-sid, kõige enam pro-mRNA-d. Arvatavasti võtab kromatiinis lokaliseeruv RNA osa transkriptsiooni reguleerimisest. RNA-d leidub ka tuumakeses, mis interfaasis on struktuurselt seotud teatud kromosoomidega.
    Eukarüoodi DNA-seoselised valgud jaotatakse 2 klassi: histoonid ja mittehistoonsed kromosoomivalgud. Mõlemat klassi valkude kompleksid tuuma DNA-ga moodustavadki kromatiini. Histoone (ja ka protamiine) nimetatakse ka kromosoomide struktuurivalkudeks, ülejäänuid aga regulatoorseteks valkudeks. Tuuma maatriksi moodustavad valgud, mis jäävad järele, kui isoleeritud tuumadest eraldada DNase'iga DNA või töödelda tuumi kontsentreeritud soolalahustega. Tuumas võib siis (elektronmikroskoobi tasemel) näha tuumaümbrisega seonduvat valgulist võrgustikku.Väike osa (umbes 2% DNA-st) jääb peale DNase'ga töötlemist veel seotuks tuuma maatriksiga ja arvatakse, et just need alad sisaldavad antud ajahetkel aktiivselt transkribeeritavaid geene.
    Kromosoomi struktuurivalkude hulka kuuluvad madalmolekulaarsed lihtvalgud histoonid, mida leidub kõigis eukarüootsetes tuumades (v.a. spermid). Histoonid sisaldavad palju positiivselt laetud aminohappeid arginiini ja lüsiini, millest on tingitud ka nende aluselisus. Positiivne laeng aitab histoonidel seostuda negatiivselt laetud DNA-ga vaatamata nukleotiidijärjestusele. Histoonid dissotseeruvad DNA-lt harva, mistõttu on tõenäoline, et neil on mõju igale reaktsioonile kromosoomis.
    Eristatakse 5 põhilist histoonide klassi, millede lühiiseloomustus on ära toodud tabelis 3. Histoonid H2A, H2B, H3 ja H4 kuuluvad nukleosoomi koostisse, histoon H1 paikneb aga linker-DNA alas. Histoonide kogumass kromatiinis võrdub enam-vähem DNA hulgaga.

Tabel 3. Histoonide omadused
 

Klass	Omadused	Molekulmass	Varieerumine liikide vahel
H1	lüsiini-rikas	19.5-21 kD	väga varieeruv
H2A, H2B	kergelt lüsiini-rikas	13-17 kD	kergelt varieeruv
H3, H4	arginiini-rikas	11.5-15 kD	väga konserveerunud

    Evolutsiooniliselt on kõige varieeruvamaks histooniks H1 ja kõige konserveerunumaks H4. Nii näiteks erinevad veise ja Drosophila H1 histooni molekulid 40 aminohappe järjestuse osas, veise ja herne H4 histoonid aga vaid 2 aminohappe poolest. Histoon H1 on mõnedel liikidel, nagu näiteks lindude, amfiibide ja kalade erütrotsüütide teatud vormides, asendunud histooniga H5. Ka võivad histoonid olla asendunud protamiinidega. Protamiinid on tugevalt aluselised (kuni 85 % arginiini) madala molekulmassiga (4-12 kD) valgud, mis oma ehituselt on histoonidest lihtsamad ning ei sisalda türosiini. Protamiinid asendavad histoone näiteks spermides, võimaldades DNA väga tugeva kokkupakkimise. Histoone määravad geenid esinevad eukarüootide genoomis tandeemsete kordustena.
    Ligi sajast teadaolevast mittehistoonsest kromosoomivalgust on vaid vähesed hästi uuritud. Siia kuuluvad DNA topoisomeraasid, HMG valgud, terve rida DNA-ga järjestus-spetsiifiliselt seonduvaid valke; samuti RNA polümeraasid, DNA süntetaasid ja proteiinkinaasid. 
    Ensüüm topoisomeraas I e. topo I avastati kui E. coli omega protein, mis seostudes DNA-le teeb niki ühte ahelasse ning keerab lahti DNA keeru. Topo I leidub ka eukarüootides (pärmis). Mutatsioon seda ensüümi kodeerivas geenis pole letaalne, kuid mõjutab raku kasvukiirust. Topoisomeraas II e. topo II lõhub kaheahelalise DNA, võimaldades DNA lahtikeerdumise ja parandab lõikekoha, st. katalüüsib DNA heeliksi pöörduvaid katkemisi.
    Topoisomeraasid on seotud DNA replikatsiooni ja transkriptsiooniga. Ensüüm topoisomeraas II vastutab DNA lahtikeerdumise eest ja võimaldab ahelatel eralduda. DNA ahela lahtikeerdumine on aga väga oluliseks transkriptsiooni eelduseks. Topo II vastaseid antikehi kasutades näidati, et topo II lokaliseerub tuuma maatriks/tuuma ümbris kompleksis. Topo II tunneb ära maatriksiga assotseerunud kromosoomipiirkondade e. MARs (matrix associated regions, MARs) vahetus läheduses paiknevaid DNA järjestusi. MARs ja topo II-seoseliste piirkondade lähedus annab alust arvata, et DNA seostumine maatriksi külge hoiab ära DNA vaba liikumise tuumas, olles eelduseks sellele, et maatriksiga seotud topoisomeraas saaks kromatiini lokaalselt lahti keerata. Seega võiksid aktiivselt transkribeeritavad geenid olla tõepoolest seotud tuuma maatriksiga.
    Kuigi peamisteks kromosoomivalkudeks on histoonid, on ka mittehistoonsetel valkudel oluline tähtsus pikkade kromosoomialade e. domäänide struktuuri organiseerimisel. Topoisomeraas II on teadaolevalt põhiliseks valguks, mis vahendab DNA lingude seostumist kromosoomi südamikuga (scaffold) ja valgulise tuuma maatriksiga (matrix). Topo II reguleerib ka DNA sekundaarset ja kõrgema järgu struktuure, mõjutades kromosoomide kondenseerumist, dekondenseerumist ja segregatsiooni. Väga oluline on topo II kromosoomide kondenseerumisel profaasis. 170 kD topo II lokaliseerub in vivo nukleosoomidevahelisse linker-DNA alasse, mis on nukleaasidele ligipääsetav, n.ö. avatud kromatiin.180 kD topo II lokaliseerub tuumakesse, osaledes tõenäoliselt rDNA transkriptsioonil. Keskmiselt on rakus 5 kb DNA kohta 1 topo II molekul.
    Kromatiiniga on seotud ka suure elektroforeetilise liikuvusega HMG (High Mobility Group) valgud. HMG valgud sisaldavad molekuli erinevates piirkondades palju aluselisi või happelisi aminohappeid, mistõttu nad on võimelised üheaegselt seostuma nii DNA kui ka histoonidega. HMG 1 ja HMG 2 on 26-29 kD valgud, HMG 14 ja HMG 17 madalmolekulaarsed 8-10 kD valgud. HMG-valgud jaotuvad kromatiinis ebaühtlaselt, olles kontsentreerunud neisse kromatiini piirkondadesse, mis osalevad aktiivselt transkriptsioonis. Nende valkude üheks funktsiooniks ongi transkriptsiooniaktiivsete geenide alade kromatiini struktuuri ajutine modifitseerimine. HMG valgud on eluliselt vajalikud. Näiteks need pärmi mutandid, mis ei sünteesi HMG valke, on elujõuetud.
    Hoopis vähem kui topo II ja HMG valku, leidub kromatiinis DNA-ga järjestus-spetsiifiliselt seonduvaid regulaatorvalke, mille hulka kuuluvad näiteks steroidhormoonide retseptorvalgud ja zink-fingerid. Nende hulk on väga väike, vaid 1000-100 000 molekuli rakus olevast 10¹² valgu molekulist.
    DNA seostumist tuumaümbrisega vahendavad mitmed valgud. Siia kuulub näiteks laminiin B, mis peamise tuumaümbrise komponendina võimaldab MARs-alade seondumist tuumaümbrisega. On ka kloneeritud tuuma poori valk, mille nukleoplasma poole paigutuvas alas on DNA-seoseline zink-finger piirkond.

Kromatiini nukleosoomne organisatsioon

    Viisil, mis pole päris täpselt teada, on tohutu pikk tuumas paiknev DNA organiseerunud kromosoomideks, võimaldades transkriptsiooni, replikatsiooni ja geneetilise materjali täpse jaotumise tütarrakkudesse. Ühte kindlat püsivat kromosoomide struktuuri (vormi) pole, selle asemel on tõenäoliselt terve hulk üleminevaid seisundeid, mis sõltuvad DNA-nukleoproteiin interaktsioonidest ja on reguleeritud raku poolt rakutsükli jooksul. Tavaks on saanud eristada kahte põhilist kromosoomide seisundit: funktsionaalset (geneetiliselt aktiivsed interfaasikromosoomid) ja transpordivormi (geneetiliselt inaktiivsed meioosi- ja mitoosikromosoomid). 
    Nii viiruse, pro- kui ka eukarüoodi puhul ületab DNA kogupikkus oluliselt ruumi mõõtmed, kuhu ta on pakitud. Viiruste genoom pakitakse viiruse poolt kodeeritud valgulisse kapsiidi, mis on veidi suurem kui DNA (või RNA) molekul. Prokarüootide kromosoom on kokku pakitud tänu DNA seostumisele valkude ja RNA-ga. E. coli valgud H ja HU on sarnased eukarüootide histoonidele H2A ja H2B. Ligi 1-2 um pikas soolekepikese rakus peab umbes 1.3 mm pikkune DNA molekul kondenseeruma nukleoidi, mis moodustab 1/3 bakteriraku mahust. Bakteri rõngas-DNA molekul on organiseerunud lingudeks. Veelgi suurem on DNA kondensatsiooniaste eukarüootidel, kus näiteks inimese diploidses rakus pakitakse ligi 2 meetrit DNA-d rakutuuma, mille diameeter on 5-10 um. See eeldab DNA kuni 12000- kordset kokkupakkimist.
    Eukarüoodi kromosoomi struktuuri põhiühikuks on DNA-histoon kompleks, mis moodustab kromatiinist 60-90% ja koosneb ligilähedaselt võrdsetest kogustest DNA-st ja histoonidest, mis mõlemad sünteesitakse rakutsükli S-faasis. Ühe erandina, kus DNA:histoon suhe on alla 1, võib nimetada pärmi kromosoomi. Pärmi kromosoomides on vähe kordus-DNA-d, puuduvad histoonid H1 ja H3 ning kromosoomid ei kondenseeru mitoosis.
    Kromatiini organisatsiooni (pakkimise) põhiühikuks on nukleosoom. Nukleosoom (nucleosome) koosneb umbes 200 bp pikast DNA lõigust ja histoonsest oktameerist (histone octamere). Viimase moodustavad histoonid H2A, H2B, H3 ja H4 - igat 2 molekuli. Enamus sellest DNA-st (umbes 140 bp) keerdub kaks korda ümber histoonse südamiku, ülejäänu liitub kui linker-DNA (linker-DNA) külgnevate nukleosoomidega. Selle ala pikkus varieerub 0-80 bp ulatuses, kuna nukleosoomid asetuvad vastavalt DNA ahela painduvusele ja nende valkude jaotusele, mis spetsiifiliselt seostuvad DNA järjestustega.
   2 nm diameetriga DNA kaksikahela keerdumisel ümber histoonse oktameeri moodustub 10 nm kromatiinniit (string). Seda, et kromatiin koosneb nukleosoomsetest korduvüksustest, võib näha elektonmikroskoobis. DNA keerdub ümber histoonse oktameeri, nii et AT-rikkad järjestused on eelistatult kokkulitsutud, s.o. paiknevad oktameeripoolsetes DNA väikestes vagudes ja GC-rikkad järjestused välimistes väikestes vagudes.Et ühte nukleosoomsesse kordusühikusse pakitakse umbes 200 bp DNA-d, siis koosneb näiteks inimese keskmise suurusega geen (10⁴ bp DNA-d) umbes 50 nukleosoomist; iga somaatilise raku tuum sisaldab aga suurusjärgus 3x10⁷ nukleosoomi. 
    10 nm kromatiinniit moodustab histoon H1 osalemisel 30 nm kromatiinkiu (fiber).H1 molekulil on evolutsiooniliselt konserveerunud globulaarne keskpiirkond ja vähem konserveerunud amino- ja karboksüülterminaalsed õlad. Globulaarse osa kaudu seostub H1 molekul nukleosoomiga, tema õlad kontakteeruvad aga naabruses asuvate nukleosoomidega, mis tõmmatakse kokku korrapäraseks kordusjärjestuseks. Enamuse mudelite järgi võtab 30 nm nukleosoomne kiud spiraalse konformatsiooni, moodustades solenoidi (solenoid). Teiste mudelite järgi võiks kromatiinkiud olla pigemini dinukleosoomne spiraalne lint (ribbon), mis moodustab linge ja volditakse kokku tuuma erinevates piirkondades väga erineval moel. Võimalik, et mingit ühest 30 nm kromatiinkiu struktuuri ei eksisteerigi. Kindlasti peab kromosoomi nukleosoomne organisatsioon olema lokaalselt reguleeritav, tagamaks DNA replikatsiooni, transkriptsiooni ja kromosoomide kondenseerumisega kaasnevaid konformatsioonilisi muutusi. On ju teada, et isegi väga väikesed histoonide või mitte-nukleosoomsete valkude konformatsiooni muutused mõjutavad linker-DNA pakkimist ja moduleerivad lokaalselt 30 nm kromatiinkiu struktuuri.
    Et genoomi erinevad piirkonnad on erinevalt kokku pakitud, mõjutab see otseselt nendes piirkondades paiknevate geenide aktiivsust. Aktiivselt transkribeeritavad geenipiirkonnad võivad näiteks olla H1 histooniga nõrgalt seotud või võib H1 sealt hoopis puududa. Teatud kromosoomialad võivad olla täiesti nukleosoomi-vabad, vaatamata sellele, et nad on sadu nukleotiidipaare pikad. Need nn. nukleaasi-tundlikud alad vastavad sageli geeni regulaatorpiirkondadele. Enamik nukleosoomi-vabasid alasid luuakse aga spetsiaalselt regulaatorvalkude poolt DNA transkriptsiooni aktivatsioonil. Sellises "kättesaadavas seisus" kromatiini nimetatakse aktiivseks kromatiiniks. 
    Kromatiini kokkupakkimisel ja geeniekspressiooni regulatsioonis mängivad olulist osa nii histoonide atsetüleerimine kui ka fosforüleerimine. Histoonide fosforüleerimise eest vastutab proteiin kinaas (Cdc2 ja cyclin B kompleks). Kromosoomide kondenseerumine on seotud paljude valkudega, sh. näiteks XCAP-C ja XCAP-E-ga, mis moodustavad koos teiste valkudega kromosoomiga seonduvaid nn. kondensiinikomplekse (condensin complex). Eksperimentaalselt on näidatud, et kui konna munarakust eemaldada XCAP-C ja -E valgud, siis kromosoomid ei kondenseeru mitootiliselt. Teiste katsetega on aga näidatud, et kui need valgud inaktiveerida, siis mitootiliste kromosoomide dekondenseerunud olek taastub.  XCAP-C ja -E valgud on homoloogsed pärmis leitud ning kromosoomide kondenseerumiseks ja segregatsiooniks vajaliku Smc1 valguga.
    Eelpoolmainitud X-CAP-C, XCAP-E ja Smc1 kuuluvad kromosoomide struktuuri säilitamise e. SMC (structural maintenance of chromosomes, SMC) valkude perekonda. SMC valke on leitud nii eu- kui ka prokarüootides. Avastati nad punguvas pärmis kromosoomide segregatsiooni analüüsil ning kirjeldati seejärel imetajate kromosoomide südamikus (scaffold). Esmalt leiti, et funktsionaalset SMC valku on vaja mitootiliste kromosoomide kondenseerumisel ja segregatsioonil ning sugukromosoomide doosi kompenseerimisel. Seejärel näidati, et SMC valgud koos nendega seonduvate faktoritega on olulised ka mitootiliste kromosoomide (tütarkromatiidide) sidususe e. kohesiooni (cohesion) tagamisel, geneetilisel rekombineerumisel ja DNA reparatsioonil. Enamgi veel, tõenäoliselt kontrollivad SMC valgud korraga mitut kromosoomide metaboolset tegevust. See tähendab seda, et kui SMC valgu funktsiooni kadumisel häirub üks protsess (näit. õdekromatiidide sidusus), siis kannatab ka teine (näit. kromosoomide kondenseerumine). Kõigi SMC perekonna valkude C-terminuses paikneb DA-box, mis assotseerudes in vivo N-terminaalse ATP-seostuva motiiviga, moodustab funktsionaalse ATP-aasi domääni. Pagaripärmil Saccharomyces cerevisiae on neli SMC geeni, mis kõik on vajalikud raku elutegevuseks. Nende geenide analooge on leitud imetajatel, amfiibidel ja nematoodidel. Paeguseks on eukarüootides kirjeldatud paarikümmet 4 SCM klassi kuuluvat valku, bakterites on teada üks analoog, mis osaleb kromosoomi jaotumisel tütarrakkudesse. 

Kromatiini pakkimine protamiinidega

    Kõige tugevamini on DNA kokku pakitud imetajate spermides, ületades mitootilise kromosoomi kondenseerumise 6-kordselt. Spermi tuum on nõnda väike, et DNA-d pole võimalik pakkida histoonide nukleosoomse organisatsiooni kaudu. Seetõttu on kromatiin spermides pakitud täiesti unikaalsel moel ja hoopis teiste valkude - protamiinide vahendusel. Positiivselt laetud protamiini molekulid, neutraliseerides DNA fosfaatgruppide negatiivseid laenguid, võimaldavad ühel DNA ahelal paigutuda teise ahela suurde vakku. Selle tulemusena moodustuvad virnastatud DNA lineaarsed read (stacked linear arrays of DNA), mis on väga tihedalt pakitud. Taoline struktuur stabiliseeritakse protamiinidevaheliste disulfiidsildade poolt. DNA pakkimise järgmiseks astmeks spermis on linguline struktuur, mis on organiseeritud tuuma maatriksi vahendusel.
     Spermides on kromatiin pakitud väga kompaktselt ja organiseeritud lingu domäänideks, mis võimaldavad teatud geenide assotseerumise tuuma maatriksiga. Sarnased, kuid umbes poole pikemad lingu domäänid esinevad ka somaatilistes tuumades. Spermi DNA assotseerub tuuma rõngaga (annulus), kusjuures oletatakse, et kromosoomid kinnituvad sellele struktuurile.

Kromosoomi kõrgema järgu struktuuri mudelid

    See, kuidas 30 nm kromatiinikiud pakitakse kokku märksa enam kondenseerunud struktuuridesse nagu heterokromatiin või mitoosi kromosoomid, pole päris selge. Kõrgemat järku struktuurid on väga keerulised ja samas väga tundlikud metoodilistele artefaktidele. Täiesti kindel on aga, et kromosoomi kokkupakkimise üksuseks on kromatiid ja DNA kaksikahel selles. Üsna üksmeelel ollakse ka selles, et DNA, keerdudes ümber histoonse oktameeri ja seostudes linker-DNA alas histooniga H1, moodustab 10 nm nukleosoomse niidi e. "pärlid niidil struktuuri" (beads on the string). Järgmise struktuuriastme - 30 nm kromatiinikiu kokkupakkimise kirjeldamiseks on olemas mitmeid erinevaid mudeleid.
    K.J.Pienta jt. 1989. a. mudeli järgi keerdub nukleosoomne niit 30 mn läbimõõduga solenoidiks, kus iga pöörde kohta tuleb 6 nukleosoomi. Nii saadakse DNA 40-kordne kokkupakkimine. Edasi pakitakse DNA kokku umbes 60 kb suurusteks lingudeks. Lingulise kokkupakituse kontseptsioon pakuti välja juba 1978. a. Cook'i jt. poolt. Ling (loop) on kõige tõenäolisemalt DNA kõrgema järgu struktuuri põhiühik, eksisteerides kogu eukarüoodi rakutsükli vältel nii spermides kui ka diploidsetes tuumades. Lingulise organisatsiooni kirjeldamiseks on välja pakutud hulgaliselt erinevaid mudeleid, milledest faktiliste andmetega sobivad kõige paremini radiaalse lingu (radial loop) ja radiaalse keeru (radial coil) mudelid.
    Radiaalse lingu mudel määrab täpselt lingude arvu pöörde kohta, tuginedes andmetele, mis on saadud kromatiidi ristlõike analüüsil skaneerivas EM-s. K.J.Pienta mudeli järgi moodustavad 18 radiaalset lingu minivöödi (miniband). Minivöödid keerduvad omakorda ümber valgulise maatriksi e. südamiku (matrix, scaffold) DNA topoisomeraaside vahendusel, mille tulemusena saavutatakse DNA 12 000-kordne kokkupakkimine. Antud mudeli põhjal on kokkupakkimise tulemusena kromatiidi läbimõõt 0.84 um, mis metafaasi kromosoomi diameetrile. Selliselt pakitud interfaasi kromosoom võiks olla umbes 100 um pikk. Kui rakk läheb mitoosi, kondenseeruvad ja lühenevad kromosoomid veel 6-7 korda. Radiaalse lingu mudelit peetakse kromosoomi kõrgema järgu struktuuri seletamiseks praeguste andmete põhjal parimaks. Radiaalse keeru mudeli põhjal on lingu ristlõige poole suurem kui radiaalse lingu mudeli põhjal. Mudel seletab 240 nm kromatiidi keeru, mida on mõnede autorite poolt välja pakutud kromosoomi kõrgema järgu struktuuriks.
    Kultuuri tingimustes on muuhulgas uuritud ka kromosoomide deformatsioonivõimet. Metafaasi kromosoomid on väga elastsed - neid võib kuni kümme korda mikropipeti abil pikemaks venitada, kusjuures peale mõju lõppu normaalne pikkus taastub. Mida pikemaks kromosoome venitada, seda tõenäolisemalt aga nende endine kuju enam ei taastu. 10 - 100 kordse deformatsiooni korral muutuvad kromosoomid spiraalse struktuuriga peenikesteks filamentideks. Üle sajakordse venitamise korral kromosoomid katkevad. Kromosoomid muutuvad oluliselt elastsemaks profaasi alguses, kui tuumamembraan laguneb. Need tähelepanekud räägivad kromosoomide helikaalse e. spiraalse kokkupakkimise (helix-hierarchy) kasuks.
    Kokkupakitud kromosoomid paiknevad interfaasi tuumas organiseeritult. Nii näiteks on hästi teada, et erinevate  kromosoomide ribosomaalsete geenide piirkonnad (NOR-id) paiknevad koos tuumakeses. Kuigi teiste kromosoomipiirkondade osas pole taolist organiseeritud lokalisatsiooni täheldatud, ei tähenda see kindlasti mitte seda, et kromosoomid tuumas juhuslikult paikneksid.
    Kromosoomispetsiifiliste DNA-proovide in situ hübridiseerimine on näidanud, et iga kromosoom võtab tuumas enda alla teatud väikese ala ning ei "põimu läbi" naabruses paiknevate kromosoomidega. Kokkuvõtteks võib öelda, et individuaalsed kromosoomid jäävad ka interfaasi tuumas suhteliselt kompaktseteks ja kokkupakituteks; seda aga viisil, mis võimaldab teatud DNA alade aktiivse oleku RNA sünteesiks. Interfaasi kromatiinist on põhjalikumalt juttu 3. osas (Kromosoomid rakutsüklis).

Spetsialiseerunud kromosoomipiirkonnad

    Spetsialiseerunud kromosoomipiirkondade hulka kuuluvad:
1) soonis e. heledamini värvunud ala (constriction). Primaarsoonis e. tsentromeer (cen) (centromere) jagab kromosoomi kaheks õlaks ning hoiab mitoosi ja meioosi teatud staadiumides koos tütarkromatiide. Sekundaarsoonis (h) (secondary constriction) on ükskõik milline soonis, mis pole seotud tsentromeeriga ja avaldub kui vähevärvunud ala kromosoomis (gap). Sekundaarsoonised võivad olla seotud tuumakese organisaatori piirkonnaga (NOR) ja paiknevad kõige sagedamini kromosoomi otsa lähedal;
2) satelliit (s) (satellite) on sekundaarsoonisest distaalne kromosoomipiirkond. Nende alade suurus varieerub oluliselt eri indiviididel (kromosoomide polümorfism);
3) telomeer (ter) (telomere) on morfoloogiliselt lihtsalt kromosoomiots e. terminaalne ala. Stabiilsed lineaarsed G1 kromosoomid omavad kahte telomeeri, ühte mõlemas DNA molekuli otsas; G2 ja mitootilised kromosoomid vastavalt nelja telomeeri;
4) kromomeer (chromomere) on kromatiinniidi kondenseerumise tagajärjel tekkinud tume granulaarne piirkond. Kromomeere võib näha meioosi profaasi leptoteeni ja sügoteeni kromosoomides ja lambiharikromosoomides kohtades, kust lingud saavad alguse. Samuti näeb kromomeere polüteensetes kromosoomides, kus nad lateraalselt üksteise kõrval paiknedes annavad vöödistuse;
5) kromosoomivöödistus (banding pattern) e. heledamini ja tumedamini värvunud alade vaheldumine piki kromosoomi. See on igale kromosoomile spetsiifiline. Homoloogsetes kromosoomides on kromosoomivöödistuse muster sama. Kromosoomivöödistus saadakse diferentsiaal- ja selektiivvärvimise tulemusena või ka näiteks taimede puhul temperatuuriga mõjutamisel.
    Kromosoomi funktsioneerimise seisukohast on eriti olulised kaks spetsialiseerunud kromosoomipiirkonda - tsentromeer ja telomeer. Nendest ja ka tuumakese organisaatori aladest tuleb pikemalt juttu järgmistes peatükkides. 
    Selleks, et õigesti duplitseeruda ja segregeeruda, peavad kromosoomid sisaldama veel ühte funktsionaalset elementi - replikatsiooni lähtekohta e. origini. Origin (origin) on eksperimentaalselt defineeritud kui DNA lõik, mis on vajalik ja piisav DNA replikatsiooni tagamiseks (tavaliselt plasmiidi või viiruse DNA replikatsiooniks peremeesrakus). Replikatsiooni l;he replikoni. Eukarüootide genoomides algab replikatsioon korraga paljudest kohtadest ja nende genoomis on sadu kuni sadu tuhendeid replikone. Replikatsiooni lähtekohtadest eukarüootidel võib lugeda 3. osas (11. peatükis).

Tsentromeersed DNA järjestused ja tsentromeerivalgud

   Tsentromeer e. cen (centromere) on keeruline polüfunktsionaalne kromosoomipiirkond, mis koosneb erinevatest kordus-DNA järjestustest, millega assotseeruvad tsentromeerivalgud. Tsentromeer vahendab kromosoomide kinnitumist mitootilise või meiootilise käävi külge, osaleb kromosoomide liikumises poolustele ja hoiab koos tütarkromatiide. Tsentromeeri struktuuri on põhjalikult uuritud ning tsentromeerne DNA on kloneeritud väga paljudel erinevatel organismidel nagu pärm, taimed, putukad, kalad ning imetajad, sh. hiir ja inimene. 
    Kõige lihtsam ja mõneti erandlik on pagaripärmi (Saccharomyces cerevisiae) tsentromeer. Tsentromeeri piirkonna DNA järjestus on ainult 220 bp pikk ning selles eristatakse 3 funktsionaalselt olulist ala (regioonid I, II ja III). Erinevate pärmiliikide cen-alade võrdlemisel leiti, et I ja III regioonis paiknevad konserveerunud nukleotiidijärjestused, II regioon on aga varieeruva pikkusega, AT rikas ja seal puudub kindel konsensusjärjestus. Tsentromeerse DNA kaudu liitub pärmi kromosoom mikrotuubuliga, mis omakorda seostub käävi polaarkehaga. Saccharomyces pombe tsentromeer on juba keerulisem, sisaldades tuhandeid aluspaare DNA järjestusi, kus teatud cen-järjestus on korratud. Kõigi teiste uuritud liikide tsentromeerid on aga palju keerulisema ehitusega, moodustudes DNA korduselementidest ning nendega seonduvatest funktsionaalselt olulistest tsentromeerivalkudest.
    Viimastel aastatel on tulnud kasutusele neotsentromeeri (neocentromere) mõiste. Selle all mõeldakse "uut" funktsioneerivat tsentromeeri, mis tekib kromosoomi mittetsentromeersesse piirkonda ja ei oma järjestushomoloogiat mitte ühegi teadaoleva tsentromeerse DNA järjestusega. Selles piirkonnas puuduvad ka alfa-satelliit-DNA kordusjärjestused. Neotsentromeere on kirjeldatud stabiilsetes markerkromosoomides ja mitmetes inimese aberrantsetes kromosoomides kohtades, kus normaalselt tsentromeeri pole. De novo tekkinud või latentse krüptilise tsentromeeri aktivatsioonil avaldunud kordusjärjestustega seonduvad funktsionaalsed tsentromeerivalgud, mis tagavad kromosoomi mitootilise ja meiootilise aktiivsuse. 
   Tsentromeeri DNA (centromeric DNA) koosneb lühikestest, enamasti alla mõnesaja aluspaari pikkustest lõikudest, mis on miljoneid kordi tandeemselt korratud. Erinevate liikide tsentromeerse DNA kordusjärjestused ei oma selgelt väljendunud konsensushomoloogiat, mis on üllatav, sest tavaliselt korreleerub "konserveerunud funktsioon konserveerunud järjestusega". Osas tsentromeerides on siiski leitud lihtne järjestus GGAATn, mida mõned uurijad peavad tsentromeerseks konserveerunud järjestuseks. 
    Inimesel paiknevad kõigi kromosoomide tsentromeerses piirkonnas alfa-satelliit-DNA järjestused, mis on 171 bp pikad ja korratud umbes 5000 korda. Aafrika rohepärdiku (Ceropithecus aethiops) tsentromeer sisaldab 172 bp alfa-satelliit-DNA kordusjärjestusi. Alfoidsed järjestused moodustavad 3-5% igast kromosoomist. Lisaks alfa-satelliit-DNA-le esineb tsentromeeri piirkonnas ka palju teisi kordusjärjestusi. Mõned inimese tsentromeerid sisaldavad näiteks 68 bp pikkusi alfa-sat-DNA järjestusi ja teisi satelliite (5 bp ja 48 bp järjestusi). 
   Tsentromeeri valgud e. CENP-valgud (centromeric proteins, CENPs) on tsentromeerse DNA-ga seostuvad teatud kindlad valgud. Senini on teada vähemalt paarkümmend tsentromeerivalku ja neid kirjeldatakse järjest juurde. Kõige paremini iseloomustatud tsentromeerivalkudeks on CENP-A, CENP-B ja CENP-E . 
    CENP-A on 17 kD tsentromeeri-spetsiifiline histoon, mis on teatud alades homoloogne histooniga H3. Arvatakse, et CENP-A osaleb tsentromeeri kromatiini kokkupakkimises. 
   CENP-B on väga konserveerunud helix-loop-helix (HLH) valk ning sisaldab palju happelisi aminohappeid. CENP-B esineb ainult tsentromeersetes piirkondades kinetohoori sisemise kihi tihedalt pakitud kromatiinis. Inimese CENP-B seostub näiteks spetsiifiliselt alfa-sat-DNA 17 bp motiifiga. CENP-B osaleb tsentromeeri kokkupakkimises kas vahendades alfa-sat-DNA blokkide assotseerumist või soodustades teiste tsentromeerivalkude assotseerumist funktsionaalseks tsentromeeri-kinetohoori ühikuks.
    CENP-E on 312 kD suurune kinesiini superperekonda kuuluv valk, mille hulk ja lokalisatsioon rakutsükli vältel oluliselt muutub. Erinevalt näiteks CENP-B-st assotseerub CENP-E ainult funktsionaalsete tsentromeeridega (see on tõestatud segregeeruvate ditsentrikute näidetel). Mitoosi profaasis liitub CENP-E kinetohooridele ning püsib seal metafaasi lõpuni. Anafaasis ta dissotseerub kinetohooridelt ja paigutub ümber  kääviniitide keskosasse, kuhu jääb telofaasi lõpuni. Pärast tsütokineesi aga CENP-E lagundatakse. CENP-E ümberpaigutumine käävi keskosasse annab anafaasis võimaluse siduda omavahel poolustevahelisi mikrotuubuleid. CENP-E-l on vähemalt 2 biokeemiliselt erinevat mikrotuubulitega seonduvat domääni: aminoterminuses paikneb kinetohooriga seostumise sait (motor-like binding site), karboksüülterminuses aga ala, mis seostub mikrotuubulitega. Karboksüülterminuse fosforüleerimine mitoosi indutseeriva faktori e. MPF (mitotic kinase maturation promoting factor, MPF) poolt inhibeerib mikrotuubulite rist-seostumise (cross-linking) kuni anafaasini. CENP-E spetsiifiline lokalisatsioon kinetohooris ja hiljem käävi keskosas annab alust arvata, et ta omab tähtsust nii mootorina kromosoomide liikumises kui ka käävi pikenemisel anafaasis B. Mikrotuubulite ühendamine CENP-E vahendusel aitab käävi struktuuri stabiliseerida, võimaldab kattuvaid (overlapping) mikrotuubuleid üksteisest eemale lükata ja käävi pikendada. 
   Mitootiline tsentromeeri-seoseline kinesiin e. MCAK (mitotic centromere-associated kinesin, MCAK) on valk, mis seondub mitootiliste kromosoomide tsentromeeri piirkonda profaasis ja püsib seal kuni telofaasini. MCAK-i leitakse kogu tsentromeeri alas ja kinetohoori plaatide vahel, erinevalt kahest teisest kinetohooriga seonduvast mikrotuubuli mootorvalgust düneiinist ja CENP-E-st, mis lokaliseeruvad rohkem kinetohoori välimisele küljele.
    Paljude tsentromeerivalkude funktsioon on veel ebaselge. Küll on aga teada, et osa cen-valke on seotud tsentromeeriga kogu rakutsükli vältel, samal ajal kui teised valgud seonduvad vaid teatud mitoosi või meioosi staadiumides (näiteks CENP-E).

Kinetohoor

   Kinetohoor (kinetochore) on mitmekihiline valguline paaris-struktuur, mis moodustub jagunevas rakus tsentromeeri külge ehk teisiti öeldes, see on koht tsentromeeris, kuhu kinnituvad käävi mikrotuubulid. Kinetohoorid on omamoodi dünaamilised kompleksid, mis sisaldavad mikrotuubuli mootorvalke ning rakutsükli regulaatorvalke. Kinetohooride vahendusel seonduvad replitseerunud kromosoomid vastaspoolustele, kinetohoorid aitavad kromosoomidel käävis õigesti paigutuda ning hoiavad ära kromatiidide lahknemise enne, kui kõik kromosoomid on kinnitunud ja õigesti asetunud.
    Kinetohoor on kolmekihiline struktuur, mis on paigutunud kahe kromosoomiõla struktuurse heterokromatiini vahele, koosnedes välimisest tsentromeeri plaadist, mis on 40-60 nm paksune mitte väga tihe kiht; sellele järgneb suhteliselt läbipaistev 25-30 nm keskmine kiht. Sisemine kiht koosneb tihedalt pakitud kromatiinist ja on 40-60 nm. Kääviniidid kinnituvad tsentromeeri plaadile, st. välimisele kihile. Kinetohoori moodustumisel seostuvad kõigepealt teatud valgud (mikrotuubuli-seoselised valgud, mootorvalgud, cen-valgud) alfa-sat-DNA kordusjärjestustele. Nendest DNA-valk tandeemsetest kompleksidest moodustub kinetohoor, tegelikult rida funktsionaalseid kinetohoori ühikuid, mis assotseeruvad plaaditaoliseks kinetohoori kompleksiks. Isegi suure osa tsentromeerse DNA deleteerumine, mis oluliselt vähendab tsentromeeri suurust, ei riku tema funktsioneerimist. Näiteks on kirjeldatud juhtum, kus kromosoomiaberratsiooni tagajärjel deleteerus inimesel ühest kromosoomist 20-30% alfa-sat-DNA-d. Aberrantne kromosoom oli aga vaatamata sellele pärandunud kahele järglasele, st. säilitanud mitootilise aktiivsuse. Nendel liikidel, kellel esineb difuusne tsentromeer, on olemas vaid tsentromeeri plaat, kaks ülejäänud kihti aga puuduvad. Näiteks õistaimedel kinnituvad käävi mikrotuubulid tsentromeerile, mis EM-s näeb välja kui ümmargune kromatiinikogum.

Tsentromeerialade analüüs kromosoomides

    Struktuurse heterokromatiini alasid saab kromosoomides esile tuua C-vöötide meetodil (CBG-värvimine), töötlemisel restriktaasidega (AluI, HaeIII, HinfI jt.) või antikehadega (5-MEK MAb) ning fluorestsentsanalüüsil (DA/DAPI). Kuna kõik need meetodid toovad esile struktuurse heterokromatiini alad, mis lokaliseeruvad sageli just kromosoomide tsentromeersetesse piirkondadesse (centromeric regions), siis nimetatakse struktuurse heterokromatiini alasid C-vöötideks. Lähemalt on C-vöötide analüüsi meetoditest juttu 9. peatükis.
    Teatud kromosoomialasid on võimalik esile tuua ka kromosoomikomponentide vastaseid spetsiifilisi antikehi (AK) ning immunofluorestsentsanalüüsi (IFA) kasutades. Sklerodermiahaigete seerum sisaldab autoantikehi tuumakese ja teiste tuuma komponentide vastu. CREST sklerodermiahaigete veres leidub sageli ka antikehi, millega  on võimalik esile tuua mitootiliste kromosoomide, samuti interfaasi tuuma G1 ja G2 kromosoomide kinetohoore. Selliste haigete seerumist eraldatud antikehi kasutataksegi inimese ja teiste imetajate kinetohooride lokaliseerimiseks kromosoomides. Kui preparaaate töödelda kinetohoori-vastaste antikehadega, siis seostuvad need kinetohooridele. Kinetohoor-antikeha kompleks visualiseeritakse näiteks sekundaarse antikeha-FITC konjugaadiga ja analüüsitakse fluorestsentsmikroskoobis. Immuuno-elektronmikroskoopia meetodil on näidatud, et CREST sklerodermiahaigete antiseerum on spetsiifiline just tsentromeeri teatud osa - kinetohoori suhtes. Kinetohoorid on metafaasi kromosoomides näha kui kaks väikest hiilgavat täppi tsentromeeri piirkonnas, interfaasi tuumas aga vastavalt rakutsükli faasile üksiku või paaris punktidena. Tsentromeerseks antigeeniks, millega kinetohoori-spetsiifiline antikeha seostub, on DNA-ga assotseerunud polüpeptiid. Arvatavasti on tegemist tsentromeeri valguga CENP-perekonnast.
    Kui interfaasi rakku töödelda kofeiiniga, siis kinetohoorid eralduvad kromosoomist. Järgmise mitoosi anafaasis võib siis näha, kuidas kinetohoorid üksi, ilma kromosoomideta, liiguvad piki mikrotuubuleid poolustele. Antud katse on tõendiks, et kinetohoorid on olulised kromosoomide mitootilises liikumises. Tsentromeer määrab kinetohoori seostumise piirkonna, tagades nii orienteeritud kromosoomide liikumise mitoosis. Kui rakku viia CENP-A ja CENP-B vastaseid antikehai, siis on takistatud vastavate tsentromeerivalkude seostumine cen-DNA-ga, ei moodustu struktuurselt terviklikku kinetohoori ning rakk ei saa normaalselt jaguneda.

Kromosoomitüübid tsentromeeride arvu ja asukoha järgi

    Kromosoomitüübi hindamise aluseks võetakse kromosoomi õla suhe või tsentromeeri indeks. Õla suhe on kromosoomi pika õla suhe lühikesse (q/p). Tsentromeeri indeks väljendatakse protsentides ja selle all mõeldakse lühikese õla suhet kogu kromosoomi pikkusesse (p/(p+q)x100).
    Mitoosi metafaasi kromosoomides on tsentromeer nähtav kui primaarsoonis ja kromosoomitüüpi on tavaliselt lihtne hinnata. Suhteliselt pikkades prometafaaasi kromosoomides on aga tsentromeeri asukohta väga raske määratleda. Eristatakse järgmisi kromosoomitüüpe:
1) atsentriline kromosoom e. fragment (ace) on kromosoom, milles tsentromeer puudub. Sellised kromosoomid tavaliselt ei segregeeru ja kaovad kromosoomistikust;
2) holotsentriline kromosoom on selline kromosoom, kus lokaliseerunud tsentromeer (primaarsoonis) puudub. Kogu kromosoom võib seostuda käävi mikrotuubulitega. Holotsentrikuid kirjeldatakse mõnedel putukatel nagu saranastiivalised (Homoptera), lutikalised (Heteroptera) ja liblikalised (Lepidoptera) ja taimedest näiteks lugadel (Juncus) ja tarnadel (Carex); 
3) kui kromosoomis on üks tsentromeer ja nii see tavaliselt ka on, siis võib tsentromeeri asukoha järgi eristada järgmisi kromosoomitüüpe: metatsentriline kromosoom, kus kromosoomi õlgade pikkus on enam-vähem sama, st. q/p = 1; submetatsentriline kromosoom, kus õla suhe on umbes 3, st. kromosoomi lühike õlg moodustab pikast vaid kolmandiku; akrotsentriline kromosoom, milles lühike õlg on väga väike. Akrotsentrilistel kromosoomidel on lühikesel õlal sageli satelliidid ja sekundaarsoonis. Telotsentriline kromosoom on selline kromosoom, kus lühike õlg hoopis puudub. Tõeliselt telotsentrilises kromosoomis funktsioneerib tsentromeer ka telomeerina. Taolisi kromosoome esineb väga harva, näitena võib tuua ainurakse (Barbylanympha), kelle tsentromeer paikneb kromosoomi otsas ja funktsioneerib ka kui telomeer. Barbylanympha kromosoom on pidevalt kinnitunud tsentromeeripidi tuumamembraani külge;
4) ditsentrilises kromosoomis (dic) on kaks tsentromeeri. Ditsentrikud võivad normaalselt segregeeruda juhul, kui üks tsentromeer inaktiveerub või kromatiidid on orienteeritud mõlema tsentromeeriga ühele poolusele.

Telomeersed DNA järjestused, telomeerivalgud ja nende analüüs kromosoomides

    Telomeer (telomere) moodustab kromosoomi otsa, hoides nii ära DNA degradeerumise, st. lagundamise nukleaaside poolt ja kromosoomide omavahelise ots-otsaga liitumise. Telomeerides lõpeb DNA replikatsioon ning tagatakse kromosoomi pikkus. Igal lineaarsel kromosoomil on kaks telomeeri, üks mõlemas kromosoomi otsas. Kromosoomiotsad sisaldavad  kahte tüüpi DNA järjestusi: lihtsaid telomeerseid järjestusi ja telomeeriga assotseerunud polümorfseid järjestusi. 
    Telomeerne DNA järjestus on 6-8 bp pikk ja tandeemselt korratud mitusada kuni tuhandeid kordi. Kogu korratud telomeerse järjestuse pikkus varieerub liigist liiki, ulatudes 36 bp kuni vähemalt 15 kb; igal liigil on aga telomeeri pikkus üsna täpsetes piirides määratletud. Lühikesed telomeersed kordusjärjestused avastati ripsloomade (Ciliata) kromosoomide otstes. Tetrahymena ja Arabidopsis'e terminaalsed kordused, vastavalt TTGGGGn ja TTTAGGGn, risthübridiseeruvad inimese telomeeridega. Need telomeersed järjestused saavad funktsioneerida ka pärmis. 1988.a. identifitseeriti inimese telomeerne järjestus - tandeemselt korratud heksanukleotiid TTAGGGn, mis paikneb kõigi inimese kromosoomide otstes. TTAGGGn tandeemseid kordusjärjestusi iseloomustab G-rikka ahela 5'--3' orientatsioon kromosoomi otsa suunas. Evolutsiooniliselt on telomeersed järjestused suhteliselt konserveerunud; TTAGGGn kordusjärjestus on tõenäoliselt olemas kõigi selgroogsete kromosoomide otstes. Mõnedel selgroogsete liikidel võib TTAGGGn kordusi olla ka peritsentriliselt või teiste tsentromeersete korduste vahel. Ka inimese genoomis on väikesi TTAGGGn piirkondi leitud interstitsiaalselt.
    Kuna telomeer lüheneb DNA sünteesil DNA primaasi mõjul, on kromosoomi pikkuse säilimiseks vajalik pidev telomeersete järjestuste lisandumine. Telomeer pikeneb RNA-d sisaldava telomeraasi e. telomeeri terminaalse transferaasi abil, mis lisab kordusi 3' otsale. Telomeraasi RNA molekulil on telomeerse DNA-ga lühike komplementaarne piirkond, mis tegutseb matriitsina telomeersete järjestuste sünteesil. Telomeraasi funktsioneerimiseks on vajalik nii RNA kui ka valgulise komponendi aktiivsus. Imetajate telomeraasi kohta on senini vähe teada; küll aga isoleeriti hiljuti 2 pärmi liigi telomeraasi RNA ning Tetrahymena telomeraasi valguline komponent.
    Tegelikult aga represseerub kõrgematel organismidel telomeraasi aktiivsus enamikus rakkudes (v.a. idurakud ja osa vereloome rakkudest) pärast sündi. Nii hakkavad telomeerid rakkude jagunemise käigus lühenema, kujutades endast omamoodi mitootilist kella (mitotic clock), mis tiksub ajani, mil telomeerid on lühenenud kriitilise piirini ning rakud surevad. Telomeraasi reaktiveerumine, mis tagab telomeeri pikkuse säilimise, võib viia aga rakkude immortaliseerumisele ja vähi tekkele. Paljude erinevate kasvajate (sh. rinna- ja kopsuvähk, ajukasvajad) puhul on näidatud, et telomeraas on kasvajarakkudes aktiivne.  Teiselt poolt leitakse hilistes staadiumides ja metastaseerunud kasvajates sageli hoopis telomeersete korduste arvu vähenemist, mis on tingitud rakkude korduvast jagunemistest. Telomeeride lühenemine põhjustab kromosoomide ebastabiilsust ning geneetilisi muutusi (mutatsioone), mis omakorda on eelduseks kasvaja progressioonile. 
    Telomeeriga assotsieerunud järjestused e. TAS (telomere-associated sequences, TASs) e. subtelomeersed järjestused on kuni mõnisada tuhat aluspaari pikad repDNA alad, mis paiknevad telomeeri funktsionaalsest järjestusest TTAGGGn proksimaalselt. Subtelomeersete piirkondade kordusjärjestused on keerulised, kuna sisaldavad erinevaid tandeemseid kordusi. Inimesel on kirjeldatud 29, 37, 46 ja 61 bp kordusi, millest osa on väga GC-rikkad. Näiteks sisaldab 29 bp kordusjärjestus üle 85% GC aluspaare. Kordused esinevad erinevates kromosoomides erineva arvu koopiatena ning teatud kordused võivad mõnedes kromosoomides ka täiesti puududa. In situ hübridiseerimise uuringud on näidanud, et telomeeriga assotseerunud kordused esinevad erinevatel inimestel ka erinevates kombinatsioonides, st. nende alade osas esineb polümorfism. Oletatakse, et selliste mittehomoloogsete kromosoomide telomeersete alade assotseerumine, millel on samad telomeeriga seotud järjestused, võib põhjustada telomeeride valesti paardumise meioosi sügoteenis ning translokatsiooni tekke.
    Telomeeri valke (telomeric proteins) on vähem uuritud kui telomeeri DNA-d. Kirjeldatud on kümmekonda erinevat telomeeri-seoselist valku. Neist osa seostub vaid telomeerse DNA tipmisele osale, teised aga kogu telomeerse DNA-ga. Telomeersed valgud stabiliseerivad kromosoome, kuna nad moodustavad n.ö. kaitsva mütsi (protective cap) üle kromosoomi otsa. Samuti reguleerivad nad telomeeri pikkust; kas otseselt, võisteldes telomeraasiga kromosoomi otsa pärast või kaudselt, moduleerides telomeraasi aktiivsust. Ka kogu kromosoomi ulatuses seostuvad valgud võivad reguleerida telomeeri pikkust. Telomeeri valgud aitavad kaasa telomeerse DNA pakkimisele ja vahendavad telomeeride TTAGGG korduste kinnitumist tuuma maatriksile. Telomeeri kromatiini struktuur mõjutab ka telomeeriga külgnevate geenide ekspressiooni, mistõttu telomeeri vahetus läheduses paiknevad geenid on sageli represseeritud.

Aberrantsete kromosoomide telomeerid

    Nagu juba öeldud, peavad stabiilsed lineaarsed kromosoomid omama kahte telomeeri - ühte mõlemas DNA molekuli otsas. Telomeer on väga oluline kromosoomi säilimisel funktsionaalse üksusena ja liitumisel tuuma maatriksiga. Võimalik, et telomeerid omavad ka positsiooniefekti naabruses asuvate geenide ekspressioonile. 
    Telomeeri kadu viib kromosoomi ebastabiilsusele, mis avaldub näiteks kromosoomide ots-otsaga liitumisena ning ringkromosoomide moodustumisena. Telomeersete järjestuste puudumist on kirjeldatud vähirakkudes kaksik-pisikromosoomides e. DM-s (double minute, DM). DM-kromosoomidel puudub ka kinetohoor, mistõttu võib neid pigemini vaadelda kromatiinitükikeste kui kromosoomidena.
    Kõigis struktuurselt ümberkorraldunud kromosoomides on telomeersed järjestused olemas. Terminaalse deletsiooni puhul sünteesitakse telomeer de novo telomeersete korduste lisamisega otse purunenud kromosoomi otsale, mis on ilma jäänud telomeersest DNA-st. Telomeraasil on võime parandada kromosoome lihtsate telomeersete järjestuste lisamisega mittetelomeersetele järjestustele, mis räägib selle kasuks, et telomeraas ei vaja telomeerseid järjestusi praimeritena uute järjestuste sünteesil. 
    Kliinilise tsütogeneetika praktikas loetakse translokatsioonide puhul ümberkorraldus retsiprookseks (vastastikuseks) isegi juhul, kui näib tegemist olevat segmendi ülekandega ainult ühest kromosoomist teise. See tähendab, et murrukoht arvatakse retsipientkromosoomi subtelomeerse piirkonna terminaalsesse vööti  ning doonorkromosoom saab retsipiendi telomeeri. Kui tavaliste vöödistuse meetoditega saab ühte translokatsioonikoromosoomi identifitseerida, teist aga mitte, siis on tegemist pool-krüptilise (semi-cryptic) translokatsiooniga. Nii näiteks on leitud kerge vaimse mahajäämusega inimeste tervetel sugulastel tasakaalustatud krüptiline subtelomeerne translokatsioon 3-6% juhtudel. Viimasel ajal on inimesel kirjeldatud rida väga väikesi e. krüptilisi translokatsioone (cryptic translocations), milles osalevad  vaid kromosoomide telomeersed alad. Arvatakse, et taoliste translokatsioonide tekkel mängib oma osa telomeeride polümorfism. Krüptilisi translokatsioone ei ole võimalik avastada tavaliste tsütogeneetiliste meetoditega 400-500 vöödi lahutuse tasemel, mida enamik diagnostika laboreid kasutab. Molekulaar-tsütogeneetiliste meetodite abil, näiteks kloneeritud telomeersete ja subtelomeersete järjestuste kasutamisel proovidena in situ hübridisatsioonil, on krüptilisi ja poolkrüptilisi translokatsioone võimalik kindlaks teha.
    Telomeersete järjestuste in situ hübridisatsiooni  kasutades on kindlaks tehtud ka uus klass struktuurseid ümberkorraldusi, kus telomeersed järjestused paiknevad interstitsiaalselt. Need avalduvad kui interstitsiaalne e. vahelmine telomeerne vööt e. ITB (interstitial telomeric band, ITB). ITB-d sisaldava aberrantse kromosoomi teke võib toimuda selliselt, et ühe kromosoomi deleteerunud ala liitub teise - retsipientkromosoomi telomeerile, mille funktsioon on kadunud kas siis struktuurse muutuse või mingi telomeeri-seoselise valgu puudumise tõttu. Deleteerunud kromosoomi struktuurne terviklikkus taastatakse telomeeri de novo sünteesi teel. Retsipientkromosoomis on nüüd aga 2 terminaalset telomeeri ja kolmas telomeer interstitsiaalselt (kokku 3 telomeerse DNA kordusjärjestuse ala).

Telomeersed assotsiatsioonid

    Telomeerne assotsiatsioon e. kromosoomide ots-otsaga liitumine e. tas (telomeric association, tas) on harvaesinev nähtus, sest normaalselt funktsioneerivate telomeeridega kromosoomid selliselt ei liitu. Tas esineb sageli hea- ja pahaloomuliste kasvajate rakkudes ja ka mõnede teiste haiguste, näiteks liigutuste koordinatsioonihäire-kapillaarilaienemise e. ataksia-telangiektaasia puhul. Telomeersed assotsiatsioonid näitavad kromosoomide ebastabiilsust ja arvatakse olevat tumorigeneesis pigemini sekundaarseks sündmuseks. Telomeersed assotsiatsioonid võivad viia kromosoomide arvu või struktuuri anomaaliateni tas-kromosoomide mittelahknemise või katkemise tõttu. Telomeersete järjestuste hulga ja telomeersete assotsiatsioonide vahel esineb ka otsene seos: mida lühem on telomeer, seda sagedam on kromosoomide osalemine tas-is.

NOR-id ja nende paiknemine kromosoomides

    Tuumakese organisaatori piirkond e. NOR (nucleolus organizing region or nucleolar organizer region, NOR) on eriline kromosoomipiirkond, mis moodustab tuumakese ja jääb sellesse interfaasi ajaks. NOR-is paiknevad rRNA tandeemselt korratud geenid (rDNA). rDNA moodustab keskmiselt 0.3% pro- ja eukarüoodi genoomist. rRNA geenid on bakteritel korratud 3-10 korda; putukatel, amfiibidel, lindudel ja imetajatel aga keskmiselt 100-1000 korda. Iga rDNA transkriptsiooniühik sisaldab järjestusi, mis kodeerivad rRNA geene ja mittetranskribeeritava intergeense speiseri (IGS). rRNA geeni IGS-is leidub 300 bp pikkusi Alu perekonna kordusi, samal ajal kui pikki hajuskordusi (näit. 6,4 kb pikkusi Kpn järjestusi) pole inimese ribosomaalsetest geenidest leitud. rDNA kodeerivad alad on konserveerunud, IGS-id aga divergeerunud ning võivad isegi lähedastel liikidel oluliselt erineda.
    Inimese 5S RNA geenid, mis on 120 bp pikad ja mitusada korda tandeemselt korratud, paiknevad 1. kromosoomi pikal õlal (1q42) ja ei ole seotud tuumakesega. 18S, 5,8S ja 28S rRNA geenid on 44 kb pikad (koosnevad 13 kb transkribeeritavast rDNA-st ja 31 kb IGS-st) ja paiknevad akrotsentriliste kromosoomide 13-15 ja 21-22 NOR-alades. Iga tuumakese organisaatori piirkonnas on 30-50 rRNA geeni tandeemset kordust. Ribosomaalsete geenide klaster moodustab vähem kui 10% akrotsentriku lühikesest õlast ning paikneb kordus-DNA tandeemsete korduste vahel. Tuumakese moodustumisel jääb tsentromeerne alfa-sat-DNA blokk jääb väljaspoole tuumakest, transkribeeritav rDNA ala ning IGS lokaliseeruvad aga tuumakese perifeeriasse. NOR-ala seostumisel tuumakesega satuvad viimasesse ka rRNA geenidega piirnevad Kpn hajuskordused ja kromosoomispetsiifilised tandeemsed kordus-DNA blokid. Üldse leidub tuumakeses Kpn elemente rohkem kui Alu hajuskordusi.
    Tuumakese organisaatori piirkond e. NOR paikneb tavaliselt akrotsentrilise kromosoomi sekundaarsoonises, mis metafaasi kromosoomis on näha kui vähevärvunud ala. Tegemist on despiraliseerunud satelliidi varrega (stalk), mis ühendab kromosoomi lühikest õlga satelliidiga. NOR paikneb sageli just kromosoomide sekundaarsoonises, kuid võib paikneda ka mujal. Nii näiteks pole niidu-uruhiire (Microtus agrestis) kromosoomide otstes sekundaarsooniseid, kuid ometi moodustuvad seal tuumakesed. NOR-ide arv kromosoomistikus varieerub liigiti ja võib lähedastel liikidel oluliselt erineda. Nii näiteks kannavad tavalisel shimpansil (Pan troglodytes) NOR-i viis kromosoomi (13, 14, 18, 21 ja 22), gorillal (Gorilla gorilla) aga vaid kaks kromosoomi (22 ja 23). Inimesel on tuumakese organisaatori aladega kromosoome viis (13, 14, 15, 21 ja 22); diploidses rakus on NOR-iga kromosoomide arv seega 10 ja siia kuuluvad kõik suured ja väikesed akrotsentrikud.

NOR-i seos tuumakesega ja dünaamika rakutsüklis

    Tuumake on spetsialiseerunud tuuma piirkond, kus transkribeeritakse ribosomaalne DNA, toimub pre-rRNA protsessing ja ribosoomi alaühikute kokkupanemine. Eukarüoodi rakus annab iga geen ühesuguse 45S rRNA transkripti, millest protsessingu teel saadakse 28S, 5,8S ja 18S rRNA, mis lähevad kas suure või väikese ribosoomi alaühiku koosseisu. Tuumas on üks või mitu tuumakest, mis võivad liituda üheks suuremaks tuumakeseks. Tuumakese koostisse kuuluvad valgud, ribonukleiinhapped ja DNA. Tuumakeses sünteesitakse umbes 80% raku RNA-st.
    Pagaripärmi (Saccharomyces serevisiae) tuumake on aga tavaliselt seotud tuumaümbrisega. Immuuno-fluorestsentsanalüüsil tuumakese valkude vastaste antikehadega on näidatud, et tuumake paikneb tuumaümbrise lähedal poolkuukujulise piirkonnana. Samas on teada, et pärmi tuumake võib normaalselt funktsioneerida ka ilma tuumaümbrisega otseses kontakstis olemata.
    Tuumakeses võib eristada kromosomaalse ala, mis moodustub teatud kromosoomide teatud alade despiraliseerunud kromoneemist. Neid piirkondi nimetataksegi tuumakese organisaatori piirkondadeks (NOR). Tuumakese mittekromosomaalne ala moodustub tuumakese organisaatori tegevuse produktidest ning on kromosomaalsest alast palju suurem. EM-is eristatakse tuumakeses fibrillaarsed tsentrid, tihe fibrillaarne komponent, granulaarne komponent, tuumakese vakuoolid ja tuumakesega seotud heterokromatiin. Fibrillaarsed tsentrid (FC) sisaldavad parasjagu mittetranskribeeritavaid ribosomaalseid geene. Tihe fibrillaarne komponent (DFC) ümbritseb FC-d ja sisaldab äsja sünteesitud rRNA-d. rDNA transkriptsioon leiab aset kas DFC-is või FC ja DFC kokkupuutealas. Granulaarne komponent (GC) on pre-ribosoomide kokkupanemise ja hoiustamise koht. 
    Rakutsükli vältel teeb tuumake läbi rea muutusi. Tuumakesed moodustuvad tavaliselt mitoosi telofaasis NOR piirkonnaga kromosoomide juures üheaegselt tuuma reorganiseerumisega. Järgnevas interfaasis täheldatakse antud indiviidile iseloomulikku tuumakeste arvu ja suurust. Tuumakeste suurus ja hulk peegeldab tema aktiivsust ja võib erinevates rakkudes erineda. Rakkudes, kus toimub eriti intensiivne valgu süntees on ka tuumakesed suuremad. Kui rakk läheb uuesti mitoosi, siis profaasi alguses võib veel näha tuumakese seostatust teatud kromosoomidega. Üheaegselt tuumamembraani lagunemisega kaovad ka tuumakesed. Mõnedel liikidel aga, nagu näiteks silmviburlasel (Euglena) ja vaguviburiliste (Dinoflagellata) seltsi kuuluvatel üherakulistel vetikatel tuumake ei lagune, vaid jaotatakse tütarrakkude vahel.

NOR-i piirkondade analüüs kromosoomides

    NOR piirkondi saab valikuliselt esile tuua nii interfaasi tuumas kui ka metafaasi kromosoomides selektiivse värvimise meetoditega. Siia kuuluvad N-vöödistuse ja Ag-NOR-vöödistuse e. hõbetamise meetodid.
    N-vöödistus eeldab kromosoomipreparaadi inkubeerimist triklooräädikhappe (TCA) lahuses 85-90C juures ja värvimist Giemsa värviga. Levinum on aga hõbetamise meetod, kus preparaati töödeldakse 50% AgNO3 /2% zelatiinis 70⁰C juures. Hõbetamist kombineeritakse G- või Q-vöödistuse meetoditega (kromosoomide identifitseerimiseks). Ag-NOR-vöödid näevad välja kui mustalt värvunud alad metafaasi kromosoomi NOR-piirkonnas või interfaasi tuumas. NOR-ide hõbetumine interfaasis ja metafaasis korreleerub nende transkriptsiooniaktiivsusega; st. hõbetamise meetod toob esile vaid need NOR-id, mis osalesid tuumakese moodustamisel eelmises interfaasis. EM-uuringud on näidanud, et hõbetuvad vaid NOR-i ümbritseva ribonukleoproteiin-kompleksi (RPN) valgulised komponendid. NOR-vöödistuse abil näidati, et kõikide NOR-alade rRNA geenid ei ole samaaegselt transkriptsiooniaktiivsed. Ühes ja samas rakkude populatsioonis võib leida erinevaid NOR-i aktiivsuse mustreid, kusjuures see omadus läheb üle tütarrakkudele. On ka andmeid, et teatud arengustaadiumis iseloomustab indiviidi teatud kindel aktiivsete NOR-ide hulk. Raku funktsionaalse aktiivsuse tõusuga kaasneb tavaliselt NOR-alade aktiivsuse tõus või täiendavate NOR-ide aktiveerumine. Näiteks täheldatakse selgroogsete ootsüütides NOR piirkondade amplikfikatsiooni suurenenud valgu sünteesi tarvis. Mõnede liikide genoomis võib leida ka ekstrakromosomaalset rDNA-d, mis tekib kromosomaalse rDNA amplifikatsiooni korral. Astmelist lisa-rDNA koopiate teket (rDNA magnifikatsiooni) esineb näiteks Drosophila somaatilistes ja generatiivsetes rakkudes juhul, kui rDNA hulk on ebapiisav normaalse fenotüübi tagamiseks. rDNA lisakoopiad võivad integreeruda kromosoomi. Kui integreerumise järel rRNA geenide hulk antud piirkonnas on piisav, siis magnifikatsioon peatub. NOR-ide aktiivsuse muutust täheldatakse ka patoloogilistes kudedes; aktiivselt prolifeeruvates neoplastilistes rakkudes on tuumakesed suuremad kui normaalsetes rakkudes, millest nad pärinevad. Aktiivsed NOR piirkonnad erinevad inaktiivsetest tundlikkuse poolest DNaseI suhtes, mis on tingitud kromatiini konformatsioonilistest erinevustest. Inaktiivsed piirkonnad on olulisel määral metüleeritud. Katseliselt on näidatud, et NOR-i transkriptsiooniaktiivsus suureneb demetüleeriva aine 5-azatsütidiiniga töötlemisel. Tsütogeneetiliselt saab aktiivseid ribosomaalsete geenide klastreid eristada inaktiivsetest hõbetamise meetodil.