martes, 30 de mayo de 2017

7 PROFASE MITÓTICA, CONDENSACIÓN DE LOS CROMOSOMAS

La profase es la fase de promoción de los eventos posteriores de la mitosis y se inicia una vez que han completado dos requisitos críticos.  Lo primero es que la célula tenga dos copias de cada uno de sus cromosomas, de modo tal que cuando el material sea dividido, el contenido genético de la célula durante la interfase sea constante en cualquier ocasión. El segundo prerequisitorio es la acumulación de energía y biomasa que soporten el esfuerzo que la célula realiza durante la mitosis. Durante la profase ocurren eventos de gran importancia, los cuales son:

La condensación de los cromosomas. A pesar de lo que muchos esperarían, los cromosomas no son estructuras permanentes en una célula, de hecho son relativamente momentáneos. Estos se forman al inicio de la profase por la condensación del material genético distribuido de manera homogénea en el núcleo. También empieza la síntesis de polímeros de proteína que formarán el huso mitótico, fibras de proteína que serán empleadas sobre los cromosomas en fases posteriores. Finalmente, el núcleo de la célula se disuelve, liberando a los cromosomas condensados para las fases posteriores de la mitosis.

Eventos que suceden durante la profase, condensación de la cromatina en cromosomas, desaparición de la membrana del núcleo y formación del huso mitótico "fibras".

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)

7.1 Formación de los cromosomas durante la profase

7.1.1 Condensación de la cromatina

El núcleo de la célula durante la interfase contiene una tremenda cantidad de fibras de cromatina. Estas fibras se encuentran en un estado disgregado y extendido, ideal para que el material genético pueda expresar la información que almacena en forma de proteínas generalmente. Sin embargo, en esta estructura dispersa, la cromatina difícilmente puede organizarse de forma tal que permita una adecuada separación de su contenido en los polos opuestos de la célula. Es por esto, que para que una célula pueda experimentar adecuadamente la separación de su material genético “proceso al cual denominaremos de aquí en adelante como segregación”, este debe compactarse en estructuras que sea más fáciles de guiar, separar y distribuir. Estas estructuras se denominan cromosomas. El proceso por el cual un cromosoma se forma a partir de la condensación de la cromatina del núcleo se denomina compactación cromosomal o condensación cromosomal. La compactación cromosomal ocurre durante la primer parte de la interfase.

Todos sabemos que el ADN almacena información genética, y que los cromosomas están hechos de ADN, sin embargo la parte que no se cuenta es el intermedio. El ADN se encuentra altamente relacionado con proteínas estructurales que lo desenvuelven o lo enrollan, las más comunes se llaman histonas "bolitas amarillas en el video". En la interfase, el ADN se mantiene en un estado de enrollado ligero o desplegado para poder expresar su información genética, pero cuando la célula ingresa en mitosis sufre el proceso denominado super-enrollamiento.

7.1.2 Organización de la cromatina 

La cromatina de una célula en interfase se organizan en fibras de aproximadamente 30 nanómetros de diámetro. Los cromosomas mitóticos están compuestos por fibras semejantes, tal como se ve en las microfotografías de cromosomas completos de células aisladas durante la mitosis. Aparentemente, la compactación de la cromatina en un cromosoma no afecta de manera sustancial la naturaleza misma de la fibra de cromatina. Una analogía que podemos emplear es la del hilo y un tejido. El cromosoma es una entidad compuesta por fibras de cromatina que tejen una estructura de tres dimensiones. Los cromosomas no se forman solos, requieren del apoyo de proteínas relacionadas íntimamente al material genético que lo controlan, lo regulan e incluso hasta lo alteran. Un ejemplo de estas proteínas son las histonas, que sirven como un tubino de hilo. Las histonas siempre están activas, por lo que durante la profase, otras proteínas las estimulan para super-enrollarse.

Superenrollamiento del ADN. El proceso comienza con las histónas "molécula purpura 0:17, la cual enrolla el ADN como si fuera un tubino de hilo. Cuando cuatro histonas forman un giro o bucle 0:26 se las denomina nucleosoma, y una fibra de nucleosomas es lo que se denomina la cromatina 0:33.  En la interfase, la cromatina alterna entre el estado mostrado en 0:33 y la fibra de ADN desplegada en 0:15. Cuando la célula ingresa a la mitosis, otras proteínas no mostradas en el modelo del video se anclan a la cromatina y empiezan a enrollarla varias veces más hasta formar el cromosoma.

7.1.3 Condensinas y la condensación de los cromosomas 

En años recientes, la investigación en la compactación de los cromosomas se ha enfocado en un abundante complejo de múltiples proteínas denominado condensina. Las proteínas de la condensina fueron descubiertas mediante la incubación de extractos de núcleos de rana e identificando las proteínas que se asocian con los cromosomas a medida que estos experimentan la compactación. Actualmente, los mecanismos moleculares que le permiten a la condensina actuar son desconocidos, o propuestos mediante modelos especulativos.

7.1.4 Superenrollamiento del ADN

La condensación de la cromatina en un cromosoma se da mediante un proceso llamado super-enrollamiento, en el cual las fibras de cromatina son enrolladas varias veces para formar una estructura muy densa y compacta. El ADN super-enrollado ocupa un volumen mucho menor que el del ADN relajado en cromatina dispersa, y los estudios sugieren que el super-enrollamiento del ADN juega un papel fundamental en la compactación de la fibra de cromatina en el pequeñísimo volumen ocupado por un cromosoma. En presencia de proteínas como la topoisomerasa y una fuente de energía como ATP, la condensina es capaz de unirse al ADN in vitro y enrollarlo de manera efectiva.

El ADN es enrollado en histonas, luego en nucleoidoe y posteriormente en cromatina tal como se muestra en el video 01. Posterior a la cromatina otras proteínas como la topoisomerasa continuan enrollando mas,  formando los bucles de solenoide y cromomero. El cromomero es la unidad estructural de la cuál está formado el cromosoma.

Estos hallazgos concuerdan muy bien con las observaciones de la compactación de los cromosomas, la cual durante la profase requieren de la presencia de la topoisomerasa II, la cual junto a la condensina son parte del sistema de enrollamiento de un cromosoma. La condensina es presumiblemente uno de los blancos que las quinasas dependientes de ciclina activan durante el cambio de fase del ciclo celular desde la G2 a la fase M.

7.1.5 Cromátides hermanas

Como resultado de la compactación, los cromosomas de la célula que inicia la mitosis aparecen como entidades individualizables, con apariencia de bastón. Las hebras en forma de bastón no son las mismas siempre. Las que aparecen al inicio de la mitosis tienen una estructura de hebra doble o de X, si a esto lo visualizamos como un bastón doble, cada filamento recibirá el nombre de cromátide hermana. Las cromátides hermanas son el resultado de la duplicación del material genético durante la fase S del ciclo celular.

7.1.6 Rol de la cohesina en la profase

Antes de la replicación en la fase S, el ADN es anclado por un complejo de proteínas múltiples denominado cohesina. Una vez que el ADN es replicado, la cohesina ancla el material genético de modo tal que cuando se condensen los cromosomas, cada una de las cromatinas posea el material genético correcto y homologo al de la cromátide hermana. Experimentos en los que la cohesina es inactivada, las cromátides hermanas se separan antes de tiempo. La cohesina es retirada de los cromosomas a mitad de la mitosis, debido a que las cromátides hermanas deben separarse en eventos posteriores.

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)

7.2 Centromeros y cinetocoros

Una de las características más notables del cromosoma es la formación de una constricción primaria que marca la posición del centrómero.  Aunque en los modelos esquemáticos la posición del centrómero siempre o casi siempre se ubica en el centro del cromosoma, en la realidad la ubicación del centrómero puede variar, haciendo que los brazos de las cromátides tengan longitudes variables entre los diferentes cromosomas. Lo anterior causa que la forma de los cromosomas sea altamente variable, lo cual a su vez permite que los pares de cromosomas puedan ser identificados con relativa facilidad mediante microscopia. En los humanos por ejemplo, todos los cromosomas son identificables por la morfología de las Cromátides y la posición del centrómero, asignándoles nombres del 1 al 22 donde la pareja 23 al no ser homologas tienen nombres propios “cromosoma x y cromosoma y”.

7.2.1 Centrómeros y telómeros

El material genético generalmente se asocia a la expresión de proteínas, pero en los eucariotas, este ADN es una minoría generalmente. Dentro de la mayoría del ADN se encuentran secuencias reguladoras, y otras secuencias de estabilización estructural. 

Las primeras se encargan de controlar como, cuando y porqué un gen es expresado. Las secuencias de estabilización estructural permiten que cuando el ADN se empaqueta en el cromosoma, el ADN pueda ser protegido y controlado por las proteínas durante la mitosis. Por lo general las secuencias de estabilización estructural son secuencias de ADN altamente repetitivo y que dependiendo de su ubicación en el cromosoma poseen una función diferente de las anteriormente mencionadas.

El ADN que se ubica en el centrómero sirve como sitio de acoplamiento para las proteínas con forma de hilo llamadas huso y que sirven para mover a los pares homólogos en fases posteriores de la mitosis. Por otra parte, las secuencias que se ubican en las puntas de las cromátides se denominan telómeros. Los telómeros juegan un rol importante en el envejecimiento somático de las células. Cuando las células de un cuerpo se reproducen por mitosis, parte del material genético ubicado en las puntas de las Cromátides se pierde. Se ha propuesto que una vez que se pierden la mayoría de secuencias de telómeros, las secuencias que codifican para proteínas empiezan a perderse generando mutaciones graves en las células que conllevan al cáncer y al síndrome de envejecimiento.

7.2.2 Cinetocoros

El cinetocoro es un conjunto de proteínas que se ensamblan sobre los centrómeros y sirven como lugar de ancla para las fibras del huso mitótico. Esta no es la única función del cinetocoro, las proteínas del cionetocoro también funcionan como motores del movimiento para el cromosoma. No todos los eucariotes poseen un cinetocoro ubicado únicamente en el centromero, algunos gusanos redondos pueden llegar a tener proteínas del cinetocoro difusos distribuidos relativamente por la cromátide.

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)

No hay comentarios:

Publicar un comentario