Kinetoplast je síť kruhových molekul DNA (k DNA ) umístěných v obřích mitochondriích a obsahujících mnoho kopií mitochondriálního genomu [1] [2] . Nejčastěji je kinetoplast diskovitý, i když jsou známy výjimky z tohoto pravidla. Kinetoplast je přítomen pouze u prvoků třídy kinetoplastidů . Variace ve struktuře kinetoplastů mohou odrážet fylogenetické vztahy v rámci kinetoplastidů [3] . Kinetoplast se obvykle nachází v blízkosti bazálního těla bičíku , a proto je pravděpodobně silně spojen s cytoskeletem . Kinetoplast lze snadno vizualizovat v buňkách pomocí barvení DAPI .[4].
Kinetoplast obsahuje DNA ve dvou formách: minikruhy a maxikruhy. Maxi-kroužky obsahují od 20 do 40 tisíc párů bází (kilobází, kb) a jsou v kinetoplastu přítomny v několika desítkách. Jeden kinetoplast obsahuje několik tisíc minikroužků o velikosti 0,5–1 kb. Maxi-kroužky kódují proteiny nezbytné pro fungování obří mitochondrie, ve které je uložen kinetoplast. Jedinou známou funkcí minikruhů je regulovat expresi maxikruhů prostřednictvím tvorby vodících RNA . Maxi-kroužky a minikroužky jsou vzájemně propojeny a tvoří síť podobnou plochému řetězu . Při replikaci cDNA se nejprve oddělí prstence a v dceřiných kinetoplastech se opět katenují [4] [5] . Struktura cDNA je nejlépe studována v Crithidia fasciculata , což je katenovaný disk mini- a maxi-kruhů, z nichž většina není supercoiled [3] . Z vnějšku jsou dva proteinové komplexy přímo sousedící s cDNA , vzájemně vůči sobě otočené o 180° a účastnící se replikace minikruhů [1] [2] [4] [5] .
U různých zástupců kinetoplastidů má kinetoplast a jeho DNA odlišnou strukturu. Jsou známy následující možnosti, které se liší od typického schématu popsaného výše [3] :
Ke zdvojení kinetoplastu dochází současně se zdvojením přilehlého bičíku bezprostředně před začátkem replikace jaderné DNA. V typickém kinetoplastu (jako u Crithidia fasciculata ) je replikace zahájena otevřením minikruhů cDNA topoizomerázou II . Volné minikruhy zasahují do prostoru mezi kinetoplastem a vnitřní mitochondriální membránou , známého jako kinetofagelární zóna [2] [3] [5] . Dále se minikruhy neznámým mechanismem přesunou do protilehlých antipodiálních proteinových komplexů, které obsahují endonukleázu , helikázu , DNA polymerázu , DNA primázu a DNA ligázu , které eliminují chyby replikace v nově zdvojených minikroužcích [4] . Čerstvě replikované minikruhy lze odlišit od zralých minikruhů přítomností úzké mezery. Minringy, které nejsou vystaveny zdvojení, zůstávají kovalentně uzavřené. Ihned po replikaci se všechny nově duplikované minikruhy zapojí do sítě cDNA a jejich štěrbiny jsou částečně opraveny [1] [5] .
Zatímco replikace minikruhů pokračuje, síť cDNA se nepřetržitě otáčí kolem centrální osy disku, aby se zabránilo připojení nových minikruhů k mateřskému kinetoplastu. Má se za to, že rotace přímo souvisí se zdvojením sousedního bičíku, protože dceřiné bazální těleso rotuje kolem mateřského těla v čase s rotací kinetoplastu. Rotací jsou minikruhy dceřiného kinetoplastu stočeny a postupně přemístěny směrem ke středu disku, zatímco další minikruhy jsou odštěpovány z mateřské cDNA a odeslány do kinetofagelární zóny k replikaci [2] [4] [5] .
Mechanismus zdvojení maxi kroužků nebyl tak podrobně prozkoumán jako u mini kroužků. Bylo možné identifikovat strukturu zvanou nabelschnur (z německého " pupeční šňůra "), která spojuje dceřinou cDNA s původní, než jsou odděleny. Pomocí FISH bylo možné prokázat, že nabelschnur se skládá z cDNA maxikruhů [4] .
V procesu replikace kinetoplastů se rozlišuje pět stádií, z nichž každé je spojeno se zdvojením přilehlého bičíku. 1. Fáze I. Kinetoplast se nezačal replikovat, nejsou v něm žádné antipodiální proteinové komplexy. 2. Fáze II . V kinetoplastu se začínají objevovat antipodiální komplexy. Začíná zdvojení bazálního těla bičíku. 3. Stupeň III . Začíná separace nového bičíku, kinetoplast získává dvoudílný vzhled. 4. Fáze IV . Dceřiné kinetoplasty jsou prakticky odděleny a jsou spojeny pouze nabelschnur. 5. etapa V. Dceřiné kinetoplasty jsou nakonec odděleny, nabelschnur je zničen. Struktura kinetoplastů je shodná se strukturou v první fázi [4] .
Trypanosoma cruzi je schopna opravit nukleotidy v jaderné DNA i cDNA, které byly poškozeny reaktivními formami kyslíku generovanými v hostitelském organismu během infekce [6] . DNA polymeráza buněk T. cruzi opravuje oxidační poškození DNA opravou excizí báze . Tento enzym pravděpodobněeliminuje oxidační poškození cDNA způsobené genotoxickým stresem při její replikaci [6] .