Centromer - Centromere

În această diagramă a unui cromozom duplicat, (2) identifică centromerul - regiunea care unește cele două cromatide surori sau fiecare jumătate a cromozomului. În profaza mitozei, regiunile specializate pe centromeri numiți cinetocori atașează cromozomii la fibrele fusului.

Centromere este secvența ADN specializată a unui cromozom care leaga o pereche de cromatidelor surori (un diada). În timpul mitozei , fibrele fusului se atașează la centromer prin kinetocor . Centromeri au fost primul gând să fie loci genetice care conduce comportamentul cromozomi .

Rolul fizic al centromerului este acela de a acționa ca locul de asamblare al cinetocorilor - o structură multiproteică extrem de complexă, care este responsabilă pentru evenimentele reale de segregare a cromozomilor - adică legarea microtubulilor și semnalizarea la mașinile ciclului celular atunci când toți cromozomii au adoptat corect atașamente la fus , astfel încât să fie sigur ca diviziunea celulară să continue până la finalizare și ca celulele să intre în anafază .

Există, în linii mari, două tipuri de centromeri. „Centromerii punctuali” se leagă de proteine specifice care recunosc secvențe ADN particulare cu eficiență ridicată. Orice bucată de ADN cu secvența de ADN centromer punctiformă va forma de obicei un centromer dacă este prezentă în specia corespunzătoare. Cele mai bine caracterizate centromeri punctuali sunt cei ai drojdiei în devenire, Saccharomyces cerevisiae . „Centromeri regionali” este termenul inventat pentru a descrie majoritatea centromerilor, care se formează de obicei pe regiuni ale secvenței ADN preferate, dar care se pot forma și pe alte secvențe ADN. Semnalul pentru formarea unui centromer regional pare a fi epigenetic . Majoritatea organismelor, de la drojdia de fisiune Schizosaccharomyces pombe la oameni, au centromeri regionali.

În ceea ce privește structura cromozomială mitotică, centromerii reprezintă o regiune restrânsă a cromozomului (adesea denumită constricție primară) în care două cromatide surori identice sunt cele mai strâns în contact. Când celulele intră în mitoză, cromatidele surori (cele două copii ale fiecărei molecule de ADN cromozomial rezultate din replicarea ADN în formă de cromatină) sunt legate de-a lungul lungimii lor prin acțiunea complexului de coezină . Acum se crede că acest complex este eliberat în cea mai mare parte din brațele cromozomiale în timpul profazei, astfel încât până când cromozomii se aliniază în planul central al fusului mitotic (cunoscut și sub numele de placa metafazică), ultimul loc în care sunt legați unul cu celălalt este în cromatină în și în jurul centromerului.

Poziţie

Clasificări ale cromozomilor

Eu	Telocentric	Amplasarea centromerului foarte aproape de vârf, brațele p abia vizibile dacă sunt vizibile.
II	Acrocentric	q brațele sunt încă mult mai lungi decât brațele p, dar brațele p sunt mai lungi decât cele din telocentric.
III	Submetacentric	brațele p și q au o lungime foarte apropiată, dar nu egale.
IV	Metacentric	brațele p și q au o lungime egală.

A : Braț scurt (braț p)
B : Centromer
C : Braț lung (braț q)
D : Cromatide surori

Fiecare cromozom are două brațe, marcate cu p (cel mai scurt dintre cele două) și q (cu cât este mai lung). Mulți își amintesc că brațul scurt „p” este numit pentru cuvântul francez „petit” care înseamnă „mic”, deși această explicație s-a dovedit a fi apocrifă. Ele pot fi conectate fie în mod metacentric, submetacentric, acrocentric sau telocentric.

Metacentric

Acestea sunt cromozomi în formă de X, cu centromerul în mijloc, astfel încât cele două brațe ale cromozomilor să fie aproape egale.

Un cromozom este metacentric dacă cele două brațe ale acestuia au aproximativ o lungime egală. Într-un cariotip uman normal , cinci cromozomi sunt considerați metacentrici: 1 , 3 , 16 , 19 , 20 . În unele cazuri, un cromozom metacentric este format prin translocație echilibrată: fuziunea a doi cromozomi acrocentrici pentru a forma un cromozom metacentric.

Submetacentric

Dacă lungimile brațelor sunt inegale, se spune că cromozomul este submetacentric. Sunt cromozomi în formă de L.

Acrocentric

Dacă brațul p (scurt) este atât de scurt încât este greu de observat, dar este încă prezent, atunci cromozomul este acrocentric („ acro- ” în acrocentric se referă la cuvântul grecesc pentru „vârf”). Genomului uman include cinci cromozomi acrocentric: 13 , 14 , 15 , 21 , 22 . Cromozomul Y este de asemenea acrocentric.

Într-un cromozom acrocentric, brațul p conține material genetic, inclusiv secvențe repetate, cum ar fi regiunile de organizare nucleolară, și poate fi translocat fără daune semnificative, ca într-o translocație robertsoniană echilibrată . Cal intern genomului include un cromozom metacentrice , care este omoloagă la doi cromozomi acrocentric în conspecific , dar domesticite calul Przewalski . Acest lucru poate reflecta fie fixarea unei translocații robertsoniene echilibrate la caii domestici, fie, invers, fixarea fisiunii unui cromozom metacentric în doi cromozomi acrocentrici la caii lui Przewalski. O situație similară există între genomul uman și cel al maimuțelor mari, cu o reducere a doi cromozomi acrocentrici în maimuțele mari la un cromozom metacentric la om (a se vedea aneuploidia și cromozomul uman 2 ).

În mod surprinzător, translocațiile dăunătoare în contextul bolii, în special translocațiile dezechilibrate în cancerele de sânge, implică mai frecvent cromozomi acrocentrici decât cromozomii non-acrocentrici. Deși cauza nu este cunoscută, aceasta se referă probabil la localizarea fizică a cromozomilor acrocentrici din nucleu . Cromozomii acrocentrici sunt de obicei localizați în și în jurul nucleolului , deci în centrul nucleului, unde cromozomii tind să fie mai puțin densi decât cromozomii din periferia nucleară. În mod consecvent, regiunile cromozomiale care sunt mai puțin dens împachetate sunt, de asemenea, mai predispuse la translocații cromozomiale în cancer.

Telocentric

Centromerul unui cromozom telocentric este situat la capătul terminal al cromozomului. Prin urmare, un cromozom telocentric are un singur braț. Telomerii se pot extinde de la ambele capete ale cromozomului, forma lor este similară cu litera "i" în timpul anafazei. De exemplu, cariotipul standard al șoarecelui de casă are doar cromozomi telocentrici. Oamenii nu posedă cromozomi telocentrici.

Subtelocentric

Dacă centromerul cromozomului este situat mai aproape de capătul său decât de centrul său, acesta poate fi descris ca cromozom subtelocentric.

Numărul centromerului

Acentric

Dacă unui cromozom îi lipsește un centromer, se spune acentric . Macronucleus de ciliate , de exemplu , conține sute de cromozomi acentric. Evenimentele de rupere a cromozomilor pot genera, de asemenea, cromozomi acentrici sau fragmente acentrice.

Dicentric

Un cromozom dicentric este un cromozom anormal cu doi centromeri. Se formează prin fuziunea a două segmente de cromozomi, fiecare cu un centromer, rezultând pierderea fragmentelor acentrice (lipsită de un centromer) și formarea fragmentelor dicentrice. Formarea cromozomilor dicentrici a fost atribuită proceselor genetice, precum translocația robertsoniană și inversiunea paracentrică. Cromozomii dicentrici au roluri importante în stabilitatea mitotică a cromozomilor și în formarea cromozomilor pseudodicentrici.

Monocentric

Monocentrice Cromozomul este un cromozom care are doar un singur centromer într - un cromozom și formează o gâtuire îngustă.

Centromerii monocentrici sunt cea mai comună structură a ADN-ului foarte repetitiv la plante și animale.

Holocentric

Spre deosebire de cromozomii monocentrici, în cromozomii holocentrici întreaga lungime a cromozomului acționează ca centromer. În cromozomii holocentrici nu există o singură constricție primară, dar centromerul are mulți loci CenH3 răspândiți pe întregul cromozom. Exemple de acest tip de centromer pot fi găsite împrăștiate în regatele vegetale și animale, cel mai cunoscut exemplu fiind nematodul Caenorhabditis elegans .

Policentric

Cromozomii umani

Secvenţă

Există două tipuri de centromeri. În centromeri regionali, secvențele ADN contribuie la funcția, dar nu definesc. Centromerii regionali conțin cantități mari de ADN și sunt adesea ambalate în heterocromatină . În majoritatea eucariotelor , secvența ADN a centromerului constă din matrice mari de ADN repetitiv (de exemplu , ADN satelit ) în care secvența din elementele individuale repetate este similară, dar nu identică. La om, unitatea primară de repetare centromerică se numește α-satelit (sau alfoid), deși o serie de alte tipuri de secvențe se găsesc în această regiune.

Centromerele punctiforme sunt mai mici și mai compacte. Secvențele ADN sunt atât necesare, cât și suficiente pentru a specifica identitatea și funcția centromerului în organismele cu centromeri punctuali. În drojdiile în devenire, regiunea centromerului este relativ mică (aproximativ 125 bp ADN) și conține două secvențe de ADN extrem de conservate, care servesc drept site-uri de legare pentru proteinele esențiale kinetocore .

Moştenire

Deoarece secvența de ADN centromeric nu este determinantul cheie al identității centromerice în metazoane , se crede că moștenirea epigenetică joacă un rol major în specificarea centromerului. Cromozomii fiice vor asambla centromeri în același loc cu cromozomul părinte, independent de secvență. S-a propus că varianta histonei H3 CENP-A (Centromere Protein A) este marca epigenetică a centromerului. Se pune întrebarea dacă trebuie să existe încă un mod original în care centromerul este specificat, chiar dacă ulterior este propagat epigenetic. Dacă centromerul este moștenit epigenetic de la o generație la alta, problema este împinsă înapoi la originea primelor metazoare.

Structura

ADN-ul centromeric este în mod normal într-o stare de heterocromatină , care este esențială pentru recrutarea complexului de coezină care mediază coeziunea cromatidei surori după replicarea ADN, precum și pentru coordonarea separării cromatidei surori în timpul anafazei. În această cromatină, histona normală H3 este înlocuită cu o variantă specifică centromerului, CENP-A la om. Se crede că prezența CENP-A este importantă pentru asamblarea kinetocorei pe centromer. S-a demonstrat că CENP-C se localizează aproape exclusiv în aceste regiuni ale cromatinei asociate CENP-A. În celulele umane, histonele sunt cele mai îmbogățite pentru H4K20me 3 și H3K9me3, care sunt cunoscute modificări heterocromatice. În Drosophila, Insulele retroelementelor sunt componente majore ale centromerilor.

În drojdia Schizosaccharomyces pombe (și probabil în alte eucariote), formarea heterocromatinei centromerice este legată de ARNi . La nematode precum Caenorhabditis elegans , unele plante și insectele comandă Lepidoptera și Hemiptera, cromozomii sunt „holocentrici”, indicând faptul că nu există un sit primar de atașamente la microtubuli sau o constricție primară, iar un kinetocor „difuz” se asamblează de-a lungul întregului lungimea cromozomului.

Aberații centromerice

În cazuri rare, neocentromerii se pot forma pe site-uri noi pe un cromozom ca urmare a repoziționării centromerului. Acest fenomen este cel mai bine cunoscut din studiile clinice la om și există în prezent peste 90 de neocentromeri umani identificați pe 20 de cromozomi diferiți. Formarea unui neocentromer trebuie să fie cuplată cu inactivarea centromerului anterior, deoarece cromozomii cu doi centromeri funcționali ( cromozomul dicentric ) vor avea ca rezultat ruperea cromozomilor în timpul mitozei. În unele cazuri neobișnuite, s-a observat că neocentromerii umani se formează spontan pe cromozomi fragmentați. Unele dintre aceste noi poziții au fost inițial euchromatice și nu au deloc ADN satelit alfa. Neocentromerilor le lipsește structura repetitivă observată în centromeri normali, ceea ce sugerează că formarea centromerului este controlată în principal epigenetic . De-a lungul timpului, un neocentromer poate acumula elemente repetitive și se poate matura în ceea ce este cunoscut sub numele de un nou centromer evolutiv. Există mai multe exemple binecunoscute în cromozomii primatelor în care poziția centromerului este diferită de centromerul uman al aceluiași cromozom și se crede că sunt noi centromeri evolutivi. Repoziționarea centromerilor și formarea de noi centromeri evolutivi s-a sugerat a fi un mecanism de speciație .

Proteinele centromere sunt, de asemenea, ținta autoantigenică pentru unii anticorpi anti-nucleari , cum ar fi anticorpii anti-centromeri .

Disfuncție și boală

S-a știut că reglarea greșită a centromerilor contribuie la segregarea greșită a cromozomilor, care este strâns legată de cancer și avort. În special, supraexpresia multor gene centromere a fost legată de fenotipurile maligne ale cancerului. Supraexprimarea acestor gene centromere poate crește instabilitatea genomică în cazurile de cancer. Instabilitatea genomică crescută, pe de o parte, se referă la fenotipurile maligne; pe de altă parte, face celulele tumorale mai vulnerabile la terapii adjuvante specifice, cum ar fi anumite chimioterapii și radioterapie. Instabilitatea ADN-ului repetitiv al centromerului a fost demonstrată recent în cancer și îmbătrânire.

Etimologie și pronunție

Cuvântul Centromere ( / s ɛ n t r ə ˌ m ɪər / ) utilizează forme care combină de centro- și -mere , rezultând „partea centrală“, descriind locația centromere lui în centrul cromozomului.

Vezi si

• Telomere
• Cromatidă
• Diploid
• Monopolin

Referințe

Lecturi suplimentare

• Mehta, GD; Agarwal, M .; Ghosh, SK (2010). „Identitatea centromerului: o provocare care trebuie confruntată”. Mol. Genet. Genomică . 284 (2): 75-94. doi : 10.1007 / s00438-010-0553-4 . PMID  20585957 . S2CID  24881938 .
• Lodish, Harvey; Berk, Arnold; Kaiser, Chris A .; Krieger, Monty; Scott, Matthew P .; Bretscher, Anthony; Ploegh, Hiddle; Matsudaira, Paul (2008). Biologie celulară moleculară (ediția a VI-a). New York: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-7601-7.
• Nagaki, Kiyotaka; Cheng, Zhukuan; Ouyang, Shu; Talbert, Paul B; Kim, Mary; Jones, Kristine M; Henikoff, Steven; Buell, C Robin; Jiang, Jiming (2004). „Secvențierea unui centromer de orez descoperă gene active” . Genetica naturii . 36 (2): 138-45. doi : 10.1038 / ng1289 . PMID  14716315 . Rezumat lay - Science Daily (13 ianuarie 2004).