Centròmer

De Viquipèdia
Salta a: navegació, cerca
Cromosoma.
(1) Cromàtide. Una de les dues parts idèntiques d'un cromosoma després de la fase S del cicle cel·lular.
(2) Centròmer. Punt d'unió de les dues cromàtides germanes i on s'enganxen els microtúbuls durant la mitosi.
(3) Braç curt
(4) Braç llarg.

El centròmer és una regió dels cromosomes amb una estructura i seqüència d'ADN específiques, per on contacten les dues cromàtides i que juga un rol important en el procés de divisió cel·lular. Conté unes seqüències específiques amb ADN alfa satèl·lit que permet que les proteïnes cinetocòriques s'uneixin (formant el cinetocor) i es produeixi a l'anafase la segregació de cromàtides germanes a partir del microtúbuls cinetocòrics.

El rol físic del centròmer és el d'actuar de lloc on es forma el cinetocor, una estructura multiproteïca molt complexa que és la responsable d'esdeveniments de la segregació del cromosoma, com per exemple la unió de microtúbuls i la indicació a la cèl·lula de quan tots els cromosomes han adoptat els enllaços correctes al fus acromàtic, de manera que sigui segur que la divisió cel·lular es pugui completar i les cèl·lules passin a l'anafase.[1]

En termes generals, hi ha dos tipus: els centròmers puntuals i els centròmers regionals. Els centròmers puntuals s'uneixen a proteïnes específiques que reconeixen seqüències particulars d'ADN amb molta eficiència.[2] Qualsevol part d'ADN amb una seqüència d'ADN de centròmer puntual normalment formarà un centròmer si està present en les espècies apropiades. Els centròmers puntuals més característics són els del llevat de la cervesa. "Centròmer regional" és el terme utilitzat per descriure la majoria de centròmers, que normalment es formen en determinades regions de la seqüència d'ADN, però que també es poden formar en altres seqüències d'ADN.[2] La senyal de formació d'un centròmer regional sembla ser epigenètica. La majoria d'organismes, des de Schizosaccharomyces pombe, un tipus de llevat, fins als humans, tenen centròmers regionals.

Pel que fa a l'estructura del cromosoma mitòtic, els centròmers representen una regió restringida del cromosoma (sovint anomenada constricció primària), en la qual estan estretament en contacte dues cromàtides germanes idèntiques. Quan les cèl·lules entren a la mitosi, les cromàtides germàniques (les dues còpies de cadascuna de les molècules cromosòmiques d'ADN resultants de la replicació de l'ADN en forma de cromatina) estan lligades al llarg de la seva longitud per l'acció de la cohesina. Actualment es creu que aquest complex de proteïnes està majoritàriament alliberat dels braços dels cromosomes durant la profase, de manera que, quan els cromosomes s'alineen al pla mitjà del eix mitòtic (també conegut com la placa metafàsica), l'últim lloc on estan enllaçats es troba a la cromatina al voltant del centròmer.[3]

Posició[modifica | modifica el codi]

Classificació dels cromosomesI: Telocèntric - centròmer situat molt a prop del "cap", braços p poc visibles o invisibles II: Acrocèntric - Els braços q encara són molt més llargs que els braços p, encara que els braços p són més llargs que els dels telocèntrics III: Submetacèntrics - Els braços p i q són gairebé igual de llargs IV: Metacèntric - Els braços p i q tenen la mateixa longitud A: Braç curt (braç p) B: Centròmer C: Braç llarg (braç q) D: Cromàtide germana

Cada cromosoma te dos braços, el p (el més curt) i el q (el més llarg). Molts creuen que el braç p rep el seu nom de la paraula francesa "petit", encara que aquesta explicació ha mostrat ser apòcrifa.[4] Els cromosomes es poden connectar entre si de manera metacèntrica, submetacèntrica, acrocèntrica o telocèntrica.[5]

Metacèntric[modifica | modifica el codi]

Es tracta de cromosomes amb forma d'X, amb el centròmer al mig. Per tant els dos braços tenen la mateixa longitud. Un cromosoma és metacèntric si els seus dos braços són gairebé iguals en longitud. En un cariotip humà normal, els cromosomes 1,3, 16, 19 i 20 són considerats metacèntrics. En alguns casos, es forma un cromosoma metacèntric per translocació equilibrada: la fusió de dos cromosomes acrocèntrics per formar un cromosoma metacèntric.[6][7]

Submetacèntric[modifica | modifica el codi]

Si els dos braços són diferents, es diu que el cromosoma és submetacèntric. La seva forma és la d'una "j" durant l'anafase.[8]

Acrocèntric[modifica | modifica el codi]

Si el braç p (el curt) és tant curt que és difícil d'observar, però existeix, aleshores el cromosoma és acrocèntric (el prefix grec "acro-" vol dir "pic"). El genoma humà conté 6 cromosomes acrocèntrics: 13, 14, 15, 21, 22 i el cromosoma Y.[8]

En un cromosoma acrocèntric el braç p conté material genètic que inclou seqüències repetides com les regions organitzadores de nuclèols, i pot ser translocat sense danys significatius, com en la translocació robertsoniana. El genoma del cavall inclou un cromosoma metacèntric que és homòleg de dos cromosomes acrocèntrics del coespecífic cavall de Przewalski.[9] Això pot reflectir tant la fixació de la translocació robertsoniana en els cavalls com la fixació de la fissió d'un cromosoma metacèntric en dos cromosomes acrocèntric en el cavall de Przewalski. Una situació similar té lloc entre els genoma humà i el dels homínids. En aquest cas, a causa de que hi ha més espècies vivents, sembla que la seqüència evolutiva és la reducció de dos cromosomes acrocèntrics en els homínids a un cromosoma metacèntric en els humans.[8]

Telocèntric[modifica | modifica el codi]

El centròmer d'un cromosoma telocèntric està situat a l'extrem del cromosoma. El telòmer es pot estendre des dels dos extrems del cromosoma. La seva forma és la d'una "i" durant l'anafase. Per exemple, el cariotip estàndard del ratolí comú només té cromosomes telocèntrics,[10][11] mentre que el dels humans no en té cap.

Subtelocèntric[modifica | modifica el codi]

Si el centròmer del cromosoma està situat més prop de l'extrem que del centre, és diu que el cromosoma és subtelocèntric.[12]

Holocèntric[modifica | modifica el codi]

En els cromosomes holocèntrics tota la longitud del cromosoma actua com a centròmer. Exemples d'aquest tipus de centròmer es poden trobar arreu dels regnes animal i vegetal,[13] sent el cas més conegut el del nematode Caenorhabditis elegans.

Cromosomes humans[modifica | modifica el codi]

Cromosoma Posició del centròmer (Mbp) Mida del cromosoma (Mbp) Mida del centròmer (Mbp)
1 125.0 metacèntric 247.2 7.4
2 93.3 submetacèntric 242.8 6.3
3 91.0 metacèntric 199.4 6.0
4 50.4 submetacèntric 191.3
5 48.4 submetacèntric 180.8
6 61.0 submetacèntric 170.9
7 59.9 submetacèntric 158.8
8 45.6 submetacèntric 146.3
9 49.0 submetacèntric 140.4
10 40.2 submetacèntric 135.4
11 53.7 submetacèntric 134.5
12 35.8 submetacèntric 132.3
13 17.9 acrocèntric 114.1
14 17.6 acrocèntric 106.3
15 19.0 acrocèntric 100.3
16 36.6 metacèntric 88.8
17 24.0 submetacèntric 78.7
18 17.2 submetacèntric 76.1
19 26.5 metacèntric 63.8
20 27.5 metacèntric 62.4
21 13.2 acrocèntric 46.9
22 14.7 acrocèntric 49.5
X 60.6 submetacèntric 154.9
Y 12.5 acrocèntric 57.7

Seqüencia[modifica | modifica el codi]

Hi ha dos tipus de centròmers.[14] Als centròmers regionals, les seqüències de ADN contribueix encara que no defineixen la funció. Aquest tipus de centròmer conté grans quantitats d'ADN i sovint estan empaquetades en heterocromatina. A la majoria d'eucariotes, la seqüència d'ADN dels centròmers estan formades per llargues cadenes repetitives d'ADN, on la seqüència dels elements individuals és similar però no idèntica. En els humans, la repetició principal centromèrica s'anomena α-satèl·lit, malgrat que en aquesta regió es troben una sèrie de seqüències d'altres tipus.[15]

Els centròmers puntuals són més petits i compactes. Les seqüències d'ADN són alhora necessàries i suficients per especificar la identitat i la funció del centròmer. En els llevats, la regió del centròmer és relativament petita i contenen dues seqüències d'ADN que serveixen de punt d'enllaç de proteïnes essencials cinetocòriques.[15]

Herència[modifica | modifica el codi]

Com que la seqüència d'ADN centromèrica no és la clau que determina la identitat centromèrica dels metazous, es creu que l'herència epigenètica té un paper important a l'hora d'especificar el centròmer.[16] Els cromosomes fills formaran centròmers al mateix lloc que el cromosoma pare, independentment de la seqüència. S'ha proposat que l'histona H3 variant CENP-A (proteïna A del centròmer) és la marca epigenètica del centròmer.[17] Es planteja si hi ha alguna forma original en què s'especifiqui el centròmer, encara que posteriorment es propagui epigenèticament. Si el centròmer és heretat epigenèticament d'una generació a la següent, el problema es troba a l'origen dels primers metazous.

Estructura[modifica | modifica el codi]

L'ADN centromèric normalment es troba en un estat d'heterocromatina, que és essencial per a la obtenció del complex de cohesina que intervé en la cohesió de cromàtides germanes després de la replicació de l'ADN, així com en la coordinació de la separació cromàtide germana durant l'anafase. En aquesta cromatina, la histona H3 es substituïda per una variant específica de centròmer, la CENP-A en humans.[18] Es considera que la presència de CENP-A és important per la formació del cinetocor al centròmer. S'ha demostrat que el CENP-C es localitza gairebé exclusivament en aquestes regions de CENP-A associades a la cromatina. En les cèl·lules humanes, les histones es troben més enriquides per H4K20me3 i H3K9me3,[19] que són modificacions heterocromàtiques.

En el llevat Schizosaccharomyces pombe (i probablement en altres eucariotes), la formació de heterocromatina centromèrica està lligada al ARN d'interferència.[20] En nematodes com Caenorhabditis elegans, algunes plantes, i els lepidòpters i hemípters, els cromosomes són holocèntrics, el que indica que no hi ha un lloc primari d'unió de microtúbuls o una constricció primària, i que es forma un cinetocor "difús" al llarg de tot el cromosoma.

Aberracions centromèriques[modifica | modifica el codi]

En casos rars en humans, els neocentròmers poden formar-se en llocs nous del cromosoma. Actualment hi ha més de 90 neocentròmers humans coneguts identificats en 20 cromosomes diferents.[21][22] La formació d'un neocentròmer s'ha d'acoblar a la inactivació del centròmer anterior, ja que els cromosomes amb dos centròmers funcionals (cromosoma dicèntric) produiran trencaments cromosòmics durant la mitosi. En alguns casos inusuals, s'han observat neocentròmers humans que es formen espontàniament en cromosomes fragmentats. Algunes d'aquestes noves posicions eren originàriament eucromàtiques i no tenien ADN α satèl·lit.

Les proteïnes centromèriques són també l'objectiu autoantigènic d'alguns anticossos antinuclears, com els anticossos anticentròmers.

Disfunció i malaltia[modifica | modifica el codi]

S'ha conegut que la manca de regulació del centròmer contribueix a la segregació desfavorida dels cromosomes, que està fortament relacionada amb el càncer i l'avortament. Cal destacar que l'excés d'expressió de molts gens de centròmer s'ha relacionat amb fenotips malignes de càncer. Es creu que l'excés d'expressió d'aquests gens del centròmer augmenta la inestabilitat genòmica en els càncers. La inestabilitat genòmica elevada es relaciona d'una banda amb fenotips malignes, i d'altra banda, fa que les cèl·lules tumorals siguin més vulnerables a les teràpies específiques, com ara certes quimioteràpies i la radioteràpia.[23] Recentment s'ha demostrat la inestabilitat de l'ADN repetitiu del centròmer en el càncer i l'envelliment.[24]

Referències[modifica | modifica el codi]

  1. Pollard, TD. Cell Biology (en anglès). Philadelphia: Saunders, 2007, p. 227–230. ISBN 978-1-4160-2255-8. 
  2. 2,0 2,1 Pluta, A.; A.M. Mackay; A.M. Ainsztein; I.G. Goldberg; W.C. Earnshaw «The centromere: Hub of chromosomal activities.» (en anglès). Science, 270, 5242, 1995, pàg. 1591–1594. DOI: 10.1126/science.270.5242.1591. PMID: 7502067.
  3. «Sister chromatid cohesion» (en anglès). Genetics Home Reference. United States National Library of Medicine, 15-05-2011.
  4. Resta, Robert. «p + q = Solved, Being the True Story of How the Cromosoma Got Its Name» (en anglès). The DNA Exchange, 02-05-2011.
  5. «What different types of chromosomes exist?» (video) (en anglès). Youtube, 12-10-2013. [Consulta: 23 agost 2017].
  6. «Chromosomes, Cromosoma Anomalies» (en anglès). atlasgeneticsoncology.org.
  7. Gilbert, F. «Disease genes and chromosomes: disease maps of the human genome. Cromosoma 16» (en anglès). Genet Test, 3, 2, 1999, pàg. 243–54. PMID: 10464676.
  8. 8,0 8,1 8,2 Nussbaum, Robert L.; McInnes, Roderick R.; Willard, Huntington F. Thompson & Thompson. Genetics in Medicine (en anglès). 6. Saunders, 13-08-2001, p. 464. ISBN 978-0721669021. 
  9. Myka, J.L.; Lear, T.L.; Houck, M.L.; Ryder, O.A.; Bailey, E. «FISH analysis comparing genome organization in the domestic horse (Equus caballus) to that of the Mongolian wild horse (E. przewalskii)» (en anglès). Cytogenetic and Genome Research, 102, 1–4, 2003, pàg. 222–5. DOI: 10.1159/000075753. PMID: 14970707.
  10. Silver, Lee M. «Karyotypes, Chromosomes, and Translocations». A: Mouse Genetics: Concepts and Applications (en anglès). Oxford: Oxford University Press, 1995, p. 83–92. ISBN 978-0-19-507554-0. 
  11. Chinwalla, Asif T.; Cook, Lisa L.; Delehaunty, Kimberly D.; Fewell, Ginger A.; Fulton, Lucinda A. «Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome» (en anglès). Nature, 420, 6915, 2002, pàg. 520–62. DOI: 10.1038/nature01262. PMID: 12466850.
  12. Margulis, Lynn; Matthews, Clifford; Haselton, Aaron. Environmental Evolution: Effects of the Origin and Evolution of Life on Planet Earth (en anglès). MIT Press, 2000. ISBN 9780262631976. 
  13. Dernburg, A. F. «Here, There, and Everywhere: Kinetochore Function on Holocentric Chromosomes» (en anglès). The Journal of Cell Biology, 153, 6, 2001, pàg. F33–8. DOI: 10.1083/jcb.153.6.F33. PMC: 2192025. PMID: 11402076.
  14. Pluta, A. F.; MacKay, A. M.; Ainsztein, A. M.; Goldberg, I. G.; Earnshaw, W. C. «The Centromere: Hub of Chromosomal Activities» (en anglès). Science, 270, 5242, 1995, pàg. 1591–4. DOI: 10.1126/science.270.5242.1591. PMID: 7502067.
  15. 15,0 15,1 Mehta, G. D.; Agarwal, M.; Ghosh, S. K. «Centromere Identity: a challenge to be faced» (en anglès). Mol. Genet. Genomics, 284, 2, 2010, pàg. 75–94. DOI: 10.1007/s00438-010-0553-4. PMID: 20585957.
  16. Dalal, Yamini «Epigenetic specification of centromeres» (en anglès). Biochemistry and Cell Biology, 87, 1, 2009, pàg. 273–82. DOI: 10.1139/O08-135. PMID: 19234541.
  17. Bernad, Rafael; Sánchez, Patricia; Losada, Ana «Epigenetic specification of centromeres by CENP-A» (en anglès). Experimental Cell Research, 315, 19, 2009, pàg. 3233–41. DOI: 10.1016/j.yexcr.2009.07.023. PMID: 19660450.
  18. Chueh, A. C.; Wong, LH; Wong, N; Choo, KH «Variable and hierarchical size distribution of L1-retroelement-enriched CENP-A clusters within a functional human neocentromere» (en anglès). Human Molecular Genetics, 14, 1, 2004, pàg. 85–93. DOI: 10.1093/hmg/ddi008. PMID: 15537667.
  19. Rosenfeld, Jeffrey A; Wang, Zhibin; Schones, Dustin E; Zhao, Keji; Desalle, Rob «Determination of enriched histone modifications in non-genic portions of the human genome» (en anglès). BMC Genomics, 10, 2009, pàg. 143. DOI: 10.1186/1471-2164-10-143. PMC: 2667539. PMID: 19335899.
  20. Volpe, T. A.; Kidner, C; Hall, IM; Teng, G; Grewal, SI «Regulation of Heterochromatic Silencing and Histone H3 Lysine-9 Methylation by RNAi» (en anglès). Science, 297, 5588, 2002, pàg. 1833–7. DOI: 10.1126/science.1074973. PMID: 12193640.
  21. Marshall, Owen J.; Chueh, Anderly C.; Wong, Lee H.; Choo, K.H. Andy «Neocentromeres: New Insights into Centromere Structure, Disease Development, and Karyotype Evolution» (en anglès). The American Journal of Human Genetics, 82, 2, 2008, pàg. 261–82. DOI: 10.1016/j.ajhg.2007.11.009. PMC: 2427194. PMID: 18252209.
  22. Warburton, Peter E. «Chromosomal dynamics of human neocentromere formation» (en anglès). Chromosome Research, 12, 6, 2004, pàg. 617–26. DOI: 10.1023/B:CHRO.0000036585.44138.4b. PMID: 15289667.
  23. Zhang, W.; Mao, J-H.; Zhu, W.; Jain, A.K.; Liu, L. «Centromere and kinetochore gene misexpression predicts cancer patient survival and response to radiotherapy and chemotherapy» (en anglès). Nature Communications, 7, 2016, pàg. 12619. DOI: 10.1038/ncomms12619. PMC: 5013662. PMID: 27577169.
  24. Giunta, S; Funabiki, H «Integrity of the human centromere DNA repeats is protected by CENP-A, CENP-C, and CENP-T.» (en anglès). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114, 8, 21-02-2017, pàg. 1928-1933. DOI: 10.1073/pnas.1615133114. PMID: 28167779.
A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Centròmer Modifica l'enllaç a Wikidata