martes, 30 de mayo de 2017

13 MEIOSIS I, PROFASE I Y RECOMBINACION GENETICA

Una de las diferencias más evidentes entre la mitosis y la meiosis es que a segunda es más compleja, constando de dos procesos de diacinesis. Sin embargo existen otras diferencias relacionadas con la profase. En la meiosis solo existe una profase antes de la primer diacinesis, pero en la meiosis II no se da. Más aún, la única profase que ocurre en la meiosis es un proceso altamente complejo y se extiende por un rango de tiempo mucho mayor que su contraparte en la mitosis. En la hebra humana por ejemplo, los ovocitos inician la profase I de la meiosis antes de salir del útero, e ingresan inmediatamente en un estado de latencia prolongado. Los ovocitos retoman su desarrollo cuando la mujer inicia su ciclo menstrual durante la pubertad uno a la vez. Esto implica que en los humanos y muchos mamíferos, los ovocitos permanecen paralizados en la profase I por rangos de tiempo que pueden durar años o más de una década. La profase I es un proceso altamente complejo que tradicionalmente se ha dividido en varias etapas denominadas leptoteno, cigoteno, paquiteno, diploteno y diacinesis.


Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

13.1 Leptoteno

La primera etapa de la profase de la meiosis I se denomina leptoteno. Durante el leptoteno los cromosomas se condensan. A diferencia de la mitosis, los cromosomas no muestran de manera evidente sus cromátides hermanas, pero mediante el microscópico electrónico la resolución permite identificar la presencia efectiva de ambas cromátides. Es importante resaltar que la copia de genes al inicio del leptoteno es de 2(2n), cada cromosoma tiene 2n genes, y existen dos cromosomas homólogos con el mismo contenido genético 2(2n). Dado que existe 2(2n) copias del material genético el objeto de la meiosis será la formación de 4 células con n copias del material genético.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

13.2 Cigoteno

La segunda fase de la profase de la meiosis I se denomina cigoteno y se caracteriza por una asociación visible de los cromosomas homólogos. Este proceso de emparejamiento de los cromosomas homólogos se denomina sinapsis, un mecanismo importante en las teorías evolutivas modernas, pero que aún tiene una serie de preguntas que no se han respondido adecuadamente. ¿Cómo se reconocen los cromosomas homólogos? ¿Cómo los cromosomas homólogos se alinean perfectamente? ¿Cuándo empieza el reconocimiento de los cromosomas homólogos en primera instancia? Estudios recientes indican que esta asociación puede rastrearse como mínimo hasta el leptoteno. En otras palabras, los cromosomas homólogos vienen emparejados de antes, y en el cigoteno esta relación se hace evidente al microscopio óptico.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

13.3 Rompimiento del ADN, Leptoteno o cigoteno

Antes de pasar a la siguiente etapa de la profase de la meiosis I es importante resaltar la relación entre el leptoteno y el cigoteno. Varios estudios tanto en levaduras como en ratones sugieren que los cromosomas experimentan un rompimiento durante el leptoteno, mucho antes de que los cromosomas se han emparejado de manera visible. Otros estudios han identificado que el lugar donde se condensa un cromosoma no es aleatorio, más bien se trata de un territorio específico en el cual surge. Esto implica que existen mecanismos de regulación “posiblemente proteínas asociadas al material genético” que aseguran que los cromosomas posean un territorio específico e independiente del territorio de otros cromosomas. Ajustando esta regulación, los cromosomas homólogos tendrán un territorio compartido propio independiente del de las demás parejas. Estos descubrimientos implican que los cromosomas homólogos vienen emparejados ya como cromatina, antes de que sean condensados durante el leptoteno de la profase I de la meiosis.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

13.4 Telómeros emparejamiento y el envejecimiento

A diferencia de la mitosis, en la meiosis los telómeros no son consumidos. Los telómeros son secuencias importantes que se ubican en las puntas de los cromosomas. Varios estudios sugieren que su perdida durante la mitosis está relacionada con el envejecimiento. Un ejemplo de esto es que incrementar artificialmente la longitud de los telómeros es capaz de hacer a una célula humana inmortal. Sin embargo no en todas las especies se observa una relación directa entre acortamiento del telómero y el envejecimiento, pues muchas aves marinas y mamíferos presentan relaciones inversas en las que entre más viejo el animal más largo es el telómero.

En la meiosis los telómeros se distribuyen en el núcleo celular. Luego, cerca del fin del leptoteno existe una reorganización dramática de los cromosomas en muchas especies de modo tal que los telómeros se localizan en la superficie interna de la membrana nuclear a un lado del núcleo. La agrupación de los telómeros a un lado de la membrana nuclear ocurre en una amplia variedad de células eucariotas y hace que los cromosomas se asemejen a un ramillete de flores tejidas. A pesar de ser procesos cercanos en espacio  tiempo, aun es cuestión de debate si los telómeros ayudan a la formación de la sinapsis. Resulta interesante el hecho de que los telómeros cumplen una función estructural y no de almacenamiento de información genética siendo ADN.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

13.5 Complejo sinaptonémico

El complejo sinaptonémico es una estructura con forma de escalera transversa hecha de filamentos proteínicos que conectan los dos elementos laterales. La cromatina de cada cromosoma homologo se organiza en bucles que se extienden desde uno de los elementos laterales del complejo sinaptonémico.

El complejo sinaptonémico se forma gracias a la dispersión de la cromatina de los dos cromosomas homólogos y la unión de esta mediante proteínas especiales que estabilizan al complejo sinaptonémico.

Los elementos laterales se componen primariamente de cohesina, la cual presumiblemente mantiene unidos a la cromatina y a las cromátides hermanas. Por muchos años se pensó que el complejo sinaptonémico mantiene unidos a los cromosomas homólogos de una manera adecuada para iniciar la recombinación del material genético entre las cromadles homólogas. Actualmente es evidente que el complejo sinaptonémico no es requerido para la recombinación genética por dos razones. (1) El complejo sinaptonémico se forma se forma después de que la recombinación genética se ha iniciado y (2) ejemplares mutantes de levadura que son incapaces de formar las proteínas del complejo sinaptonémico son capaces de realizar la recombinación genética. Actualmente se piensa que el complejo sinaptonémico es un marco que permite a interacción de las cromátides para completar el entrecruzamiento. El complejo formado por un par de cromosomas uniéndose se denomina bivalente o tétrada. Bivalente porque existen dos cromosomas completos interactuando; y se lo llama tétrada porque existen 4 cromátides con el mismo contenido genético unidas.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

13.6 Paquiteno

Durante el paquiteno los bucles paralelos de cromátides homólogas forman una serie de cuerpos densos que contienen proteínas especializadas en la recombinación del material genético. El proceso de recombinación genética se completa durante la finalización  del paquiteno.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

13.7 Diploteno

El inicio del diploteno se reconoce por la disociación del complejo sinaptonémico, que deja los cromosomas unidos en puntos específicos en estructuras entrecruzadas en forma de X denominada quiasma. Los quiasmas se ubican en sitios de los cromosomas donde el entrecruzamiento entre las moléculas de ADN de dos cromosomas ya ha ocurrido. El quiasma se forma con enlaces covalentes entre una cromátide de un cromosoma y una cromátide NO hermana “homóloga” del otro cromosoma. Estos puntos de unión proveen una impresionante estructura visual de la extensión de la recombinación genética. Los quiasmas son más visibles por la tendencia de los cromosomas homólogos a separarse durante el diploteno.

En los invertebrados, el diploteno puede ser extremadamente intenso durante la ovogénesis pues al mismo tiempo los ovules adquieren la mayoría de su volumen. El diploteno puede ser un periodo de una gran intensidad metabólica, lo cual a su vez implica que el material genético en los cromosomas puede ser empleado para la formación de proteínas aun cuando está en su mayoría empaquetado.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

13.8 Diacinesis

La última fase de la profase de la meiosis I se denomina diacinesis. En esta etapa el huso mitótico empieza a ensamblarse, y los cromosomas son preparados para la separación. En aquellas especies cuyos cromosomas tienden a dispersarse en cromatina durante el diploteno vuelven a compactarse durante la diacinesis. La diacinesis termina con la desaparición del nucléolo, el rompimiento de las membranas celulares y el movimiento de las parejas de cromosomas hacia el plato de la metafase. Los quiasmas son requeridos para mantener unidos a los cromosomas durante todo este proceso. 

En los humanos, los cromosomas más pequeños tienen al menos un quiasma, mientras que los cromosomas más largos poseen dos o tres quiasmas. Una formación anormal de un quiasma débil conlleva a la separación prematura de los cromosomas durante la primer citocinesis, lo cual puede causar problemas genéticos en los descendientes debido a una cantidad anormal de cromosomas como las trisomías.

Referencias básicas: (Alberts et al., 2015; Belk & Maier, 2013; Campbell & Farrell, 2009, 2012; Cox et al., 2012; Hoefnagels, 2015; Karp, 2013; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2018, 2015; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Murray et al., 2012; Pollard et al., 2017; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013; Weaver, 2012)

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