març 19, 2021

Cinetocoro (Català)

El nombre de microtúbuls que s’uneixen a un cinetocor és variable: en Saccharomyces cerevisiae s’uneix a l’cinetocor tan sols un microtúbul, mentre que en mamífers superiors a cada cinetocor s’uneixen entre 15 i 35 microtúbuls. No obstant això, no tots els microtúbuls de l’fus arriben als cinetocors. Hi ha microtúbuls que s’estenen des d’un centrosoma a l’altre (dels quals depèn la longitud de l’fus) i altres més curts que estan interdigitados entre els microtúbuls llargs. El professor B. Nicklas, a la Universitat de Carolina de Nord, va demostrar que si es trenca la unió entre els microtúbuls i els cinetocors mitjançant un raig làser, les cromàtides no poden moure, produint-se una distribució anormal dels cromosomes. Aquests experiments van demostrar també que el cinetocoro té polaritat i que la seva interacció amb els microtúbuls d’un o altre centrosoma dependrà de la seva orientació. Aquesta especificitat garanteix que solament una de les cromàtides es mogui cap a cada costat de l’fus, assegurant la distribució adequada de l’material genètic. Una de les funcions bàsiques de l’cinetocoro és, per tant, l’ancoratge als microtúbuls de l’fus, que és fonamental per a realitzar una correcta segregació de cromàtides. Si l’ancoratge es produeix de forma incorrecta, es poden produir errors que generin situacions d’aneuploïdia, amb dràstiques conseqüències per a la cèl·lula. Per evitar-ho, existeixen mecanismes de detecció i correcció d’errors (com el checkpoint de mitosi), els components també resideixen en els cinetocors. El desplaçament d’una cromàtide cap al centrosoma es produeix fonamentalment per despolimerització dels microtúbuls en el lloc d’unió amb el cinetocor. Aquests desplaçaments precisen a més la generació de forces en què intervenen motors moleculars localitzats així mateix en els cinetocors.

Ancoratge dels cromosomes als MT de l’fus mitóticoEditar

Captura de MTEditar

els cromosomes s’enganxen a el fus mitòtic a través dels cinetocors de les dues cromàtides germanes, en una orientació bipolar.

Durant la fase de síntesi (fase S) de l’cicle cel·lular, el centrosoma comença a duplicar-se. Just a l’inici de mitosi, tots dos centríols de cada centrosoma aconsegueixen la seva longitud màxima, els centrosomes recluten material addicional i la seva capacitat de nucleació de microtúbuls augmenta. A mesura que progressa la mitosi, tots dos centrosomes se separen per establir el fus mitòtic. D’aquesta manera, el fus d’una cèl·lula mitòtica té dos pols que emanen microtúbuls. Els microtúbuls són llargs filaments proteics amb dos extrems asimètrics, un extrem “menys” (-) relativament estable proper a l’centrosoma, i un extrem “més” (+) que pateix fases alternades de creixement-reculada i que explora el centre cel·lular. En aquest procés de recerca, un microtúbul pot localitzar i capturar un cromosoma. Els microtúbuls que localitzen 1 cinetocoro s’estabilitzen, mentre que aquells que no ho troben es despolimerizan ràpidament. Com els cromosomes presenten dos cinetocors associats esquena-amb-esquena (un a cada cromàtide germana), quan un d’ells s’enganxa als microtúbuls generat per un dels pols cel·lulars, el cinetocor de la cromàtide germana queda exposat cap a l’altre pol cel·lular , de manera que en la major part dels casos el segon cinetocoro s’associa als microtúbuls de l’pol oposat, de manera que els cromosomes queden “bi-orientats”, una configuració fonamental (també anomenada anfitélica) per assegurar que la segregació tindrà lloc de manera correcta quan la cèl·lula es divideixi.

en el moment en que un sol microtúbul s’ancora a un cinetocoro, s’inicia un ràpid moviment de l’cromosoma associat en direcció a l’pol d’què procedeix dit microtúbul. Aquest moviment està probablement intervingut per l’activitat motora dirigida cap a l’extrem (-) de la proteïna motora dineïna citoplasmàtica, que es troba molt concentrada en els cinetocors sense ancorar (revisat per Banks i Heald en 2001). El moviment cap al pol s’alenteix a mesura que els cinetocors adquireixen KMT (MT ancorats a cinetocoros) i el moviment passa a ser dirigit per canvis en la longitud dels KMT. La dineïna s’allibera dels cinetocors a mesura que aquests adquireixen KMT i, en cèl·lules en cultiu de mamífers, és necessària per a la inactivació de l’checkpoint de mitosi, però no per l’alineament cromosòmic en l’equador de l’fus, l’adquisició de KMT o la anafase A durant la segregació cromosòmica. En plantes superiors o en llevats no hi ha evidència d’existència de dineïna, però altres kinesinas dirigides cap a l’extrem (-) podrien compensar la manca de dineïna.

Cèl·lules en metafase amb nivells baixos de CENP- I mitjançant RNAi, que mostren cromosomes no alineats a la placa metafàsica (fletxes). Aquests cromosomes presenten marcatge per a les proteïnes de l’checkpoint de mitosi Mad1 / Mad2. Hec1 i CENP-B marquen la regió centromèrica (el cinetocoro), i DAPI és una tinció específica per l’ADN.

Una altra proteïna motora implicada en la captació inicial de MT és CENP-E; aquesta és una kinesina de grans dimensions que s’associa amb la corona fibrosa dels cinetocors de mamífers des prometafase fins a anafase. En cèl·lules amb nivells baixos de CENP-I, els cromosomes no tenen aquesta proteïna en els seus cinetocors, que sovint presenten defectes en la seva capacitat d’alinear-se. En aquest cas, alguns cromosomes romanen crònicament mico-orientats (ancorats a un únic pol), fins i tot encara que la majoria es congreguin correctament en la placa metafàsica.

En general s’accepta àmpliament que la fibra de KMT (el feix de microtúbuls units a l’cinetocor) es forma originalment per la captura de MT que es polimerizaron en els centrosomes i pols de l’fus en cèl·lules de mamífers en cultiu. No obstant això, la polimerització de MT directament en els cinetocors podria també contribuir de forma important. La forma en la qual la regió de l’cinetocor / centròmer s’inicia la formació de fibres de KMT i amb quina freqüència passa són qüestions importants, atès que aquest mecanisme pot contribuir no només a la formació inicial de KMT, sinó també a com els cinetocors corregeixen errors en l’ancoratge de MT i regulen el moviment al llarg dels KMT.

Paper de el complex Ndc80Editar

els MT associats a cinetocoros presenten unes característiques especials: en comparació als MT no ancorats, els KMT són molt més resistents a la despolimerització induïda pel fred, les altes pressions hidrostàtiques o l’exposició a l’calci. A més, els KMT es reciclen molt més a poc a poc que els MT astrals i els MT de l’fus que tenen extrems (+) lliures, i si els KMT se separen dels cinetocors mitjançant raig làser, es despolimerizan ràpidament.

un cop establert que dineïna i CENP-e no són essencials per a la formació dels KMT, les molècules responsables de l’estabilització d’aquests devien ser unes altres. Estudis genètics pioners en llevats van revelar la importància de l’complex Ndc80 en l’ancoratge dels KMT. En Saccharomyces cerevisiae, el complex Ndc80 té quatre components: Ndc80p, Nuf2p, Spc24p i Spc25p. Els mutants que no tenen algun dels components d’aquest complex presenten pèrdua de la connexió cinetocoro-microtúbul sense mostrar una pèrdua completa de l’estructura de l’cinetocor. No obstant això, els mutants en els que s’ha perdut l’estructura de l’cinetocor (com els mutants per Ndc10 en llevats) presenten deficiències tant en la connexió amb els microtúbuls com en la capacitat de resposta de l’checkpoint de mitosi, possiblement perquè els cinetocors funcionen com una plataforma en la qual s’organitzen els components de la resposta.

El complex Ndc80 està molt conservat i s’ha identificat en S. pombe, C. elegans, Xenopus, pollastres i humans. Estudis realitzats amb Hec1 (per highly Expressed in cancer cells 1), l’homòleg de Ndc80p en humans, han mostrat que és important per a la correcta congregació cromosòmica i la progressió a través de mitosi, i que interacciona amb components dels complexos de cohesinas i condensinas.

Diferents laboratoris han mostrat que el complex Ndc80 és crucial per a l’estabilització dels ancoratges cinetocoro-microtúbul, necessaris per a mantenir les tensions centroméricas implicades en l’establiment de l’alineament cromosòmic correcte en eucariotes superiors. Les cèl·lules en què s’ha eliminat la funció de Ndc80 (mitjançant RNAi, knockout de gens, o microinjecció d’anticossos) tenen fusos mitòtics anormalment llargs, pèrdua de tensió entre cinetocoros germans, cromosomes que no poden congregar-se en la placa metafàsica i pocs o cap KMT associats.

Encara que hi ha alguna evidència in vitro que heterodímers Ndc80p-Nuf2p poden unir-se a microtúbuls, no està clar que in vivo la connexió entre el complex Ndc80 i els MT sigui directa. En llevats, aquesta connexió requereix la presència de l’complex Dam1-DASH-DDD. Alguns membres d’aquest complex s’uneixen directament als MT, mentre que altres s’uneixen a el complex Ndc80. Per tant, el complex Dam1-DASH-DDD podria ser un adaptador essencial entre els cinetocors i els microtúbuls. No obstant això, en animals no s’ha trobat un complex equivalent, i aquesta qüestió roman sota intensa investigació.

Verificació dels ancoratges a l’husoEditar

Quan una cèl·lula entra en mitosi, duplica tota la seva informació genètica, en el procés denominat replicació de l’ADN.A la fi d’aquest procés, cada cromosoma consta de dues cromàtides germanes, que són dues molècules d’ADN completes i idèntiques. Les dues cromàtides romanen unides mitjançant complexos cohesinas fins a anafase, quan es produeix la segregació cromosòmica. Perquè aquesta es produeixi correctament, cada cèl·lula filla ha de rebre un joc complet de cromàtides, la qual cosa vol dir que cada cromàtide germana (a través del seu cinetocor) ha ancorar-se a MT procedents de pols oposats de l’fus mitòtic. Aquesta configuració s’anomena anfitélica o “bi-orientació”.

No obstant això, durant el procés d’ancoratge es produeixen també configuracions incorrectes:

Esquema de les diferents configuracions d’ancoratge dels cromosomes a l’fus mitòtic.

  • monotélica: només una de les dues cromàtides s’ancora a MT, el segon cinetocor no s’ancora; per tant, no es genera tensió centromèrica, amb la qual cosa s’activa el checkpoint de mitosi, que retarda l’entrada en anafase i dóna temps a la cèl·lula a corregir l’error. Si no es corregís, la cromàtide no ancorada podria incloure a l’atzar en qualsevol de les dues cèl·lules filles, el que generaria aneuploïdia: una cèl·lula filla tindria cromosomes de més i l’altra mancaria d’algun cromosoma.
  • sintélica: les dues cromàtides germanes s’ancoren a MT que procedeixen de la mateixa pol; aquesta situació tampoc genera tensió centromèrica, amb la qual cosa s’activa el checkpoint de mitosi. Si no es corregeix, ambdues cromàtides es dirigiran a la mateixa cèl·lula filla, generant una situació d’aneuploïdia.
  • merotélica: a l’almenys una cromàtide s’ancora simultàniament a MT generats per ambdós pols. Aquesta situació genera tensió centromèrica, de manera que no s’activa el checkpoint de mitosi. Si no es corregeix, la cromàtide unida a dos pols simultàniament romandrà com un cromosoma retardat en anafase, i finalment es trencarà en dos fragments, que es repartiran entre les cèl·lules filles, generant aneuploïdia.

tant la configuració monotélica com la sintélica generen tensió centromèrica i són detectades pel checkpoint de mitosi, però la configuració merotélica no es detecta per aquest mecanisme de control. No obstant això, la major part d’aquests errors són detectats i corregits abans que la cèl·lula entri en anafase. Un factor clau en la correcció dels errors d’ancoratge és el complex passatger dels cromosomes (chromosomal passenger complex), que inclou la proteïna kinasa Aurora B, la seva diana i subunitat activadora INCENP i dues subunitats, survivina i Borealina / Dasra B ( vegeu la revisió d’Adams i col·laboradors en 2001). En cèl·lules en què s’ha eliminat la funció d’aquest complex mitjançant mutants dominants-negatius, RNAi, microinjecció d’anticossos o utilització de drogues selectives, s’acumulen errors en l’ancoratge dels cromosomes. Molts estudis han mostrat que Aurora B és necessària per desestabilitzar els ancoratges cinetocoro-microtúbul incorrectes, de manera que s’afavoreixi la generació de connexions anfitélicas. L’homòleg d’Aurora B en llevats (Ipl1p) fosforila algunes proteïnes de l’cinetocoro, com la proteïna constitutiva Ndc10p i membres dels complexos Ndc80 i Dam1-DASH-DDD. La fosforilació dels components de l’complex Ndc80 produeix la desestabilització dels ancoratges dels KMT. S’ha proposat que la localització d’Aurora B és important per la seva funció: a l’trobar-se en la zona interna de l’cinetocor (en l’heterocromatina centromèrica), quan s’estableix tensió centromèrica els cinetocors germans s’allunyen, i Aurora B no pot assolir els seus substrats, de manera que els KMT s’estabilitzen. És interessant notar que Aurora B es troba sobreexpressada freqüentment en diversos tipus de tumors i és en l’actualitat una diana per al desenvolupament de drogues anticanceroses.

Determinació de l’checkpoint de mitosisEditar

Article principal : Checkpoint de mitosi

el mecanisme que detecta que s’ha format correctament un fus mitòtic, que tots els cromosomes estan associats a aquest fus de manera bipolar, i que tots ells es troben alineats a la placa metafàsica és el denominat checkpoint de mitosi o també punt de control de l’acoblament de l’fus, abreujat SAC per les seves sigles en anglès (Spindle Assembly Checkpoint). Quan algun dels cromosomes, per alguna raó, es retarda durant el procés d’alineament, aquesta maquinària produeix una aturada temporal de la progressió en el cicle cel·lular: la cèl·lula s’atura, donant temps als mecanismes de reparació a resoldre el problema detectat. Si passat un temps, el problema no s’ha corregit, la cèl·lula serà abocada a un procés de mort cel·lular, un mecanisme de seguretat per evitar que es produeixi una situació d’aneuploïdia, generalment amb conseqüències greus per a l’organisme.

Mentre que les proteïnes centromèriques estructurals (com CENP-B), mantenen una localització estable al llarg de tota la mitosi, inclosa telofase, els components de l’checkpoint de mitosi s’ensamblen en el cinetocoro en altes concentracions en absència de microtúbuls i la seva concentració disminueix a mesura que augmenta el nombre de microtúbuls ancorats a l’cinetocor. En metafase, els nivells de CENP-E, Bub3 i Bub1 disminueixen de 3 a 4 vegades amb relació als presents en cinetocoros no ancorats, mentre que els nivells de dineïna / dinactina, Mad1, Mad2 i BubR1 cauen > 10-100 vegades. Per tant en metafase, quan tots els cromosomes estan congregats a la placa metafásica, s’alliberen les proteïnes de l’checkpoint. La desaparició de les proteïnes de l’checkpoint dels cinetocors marca el moment en què els cromosomes han aconseguit la placa metafàsica i es troben en tensió bipolar. És llavors quan les proteïnes de l’checkpoint que s’uneixen i inhibeixen Cdc20 (Mad1-Mad2 i BubR1), l’alliberen, permetent l’activació de l’APC / CCdc20, que dispara la separació de les cromàtides germanes i conseqüentment l’inici de l’anafase.

Diversos estudis indiquen que el complex Ndc80 intervé en la regulació de l’associació estable de Mad1-Mad2 i dineïna amb els cinetocors. No obstant això, les proteïnes associades amb el cinetocoro CENP-A, CENP-C, CENP-E, CENP-H i BubR1 són independents de Ndc80 / Hec1. La prolongada parada a prometafase que s’observa en cèl·lules amb nivells reduïts de Ndc80 / Hec1 depèn de Mad2, tot i el fet que en aquestes cèl·lules mostren nivells de Mad1, Mad2 i dineïna en els seus cinetocors que són menors de l’10-15% a els observats en cinetocoros no ancorats. No obstant això, si a més de Ndc80 / Hec1 es disminueixen els nivells de Nuf2, Mad1 i Mad2 desapareixen completament dels cinetocors i el checkpoint s’inactiva.

Les proteïnes anomenades Shugoshinas (MEI-S332 en Drosophila melanogaster) són un tipus de proteïnes associades amb els centròmers que són essencials per mantenir les cohesinas unides als centròmers fins anafase. La proteïna homòloga en humans, hsSgo1, s’associa amb els centròmers durant profase i desapareix a l’inici de l’anafase. Quan es disminueixen els nivells de Shugoshina mitjançant RNAi en cèl·lules HeLa, les cohesinas no es poden mantenir en els centròmers durant mitosi, i en conseqüència, les cromàtides germanes se separen asincrónicamente abans que s’iniciï l’anafase, el que dispara una parada mitòtica perllongada .

d’altra banda, el grup de Dasso i col·laboradors van trobar que les proteïnes de sistema Ran: RanGAP1 (una proteïna activadora de GTPases que estimula la conversió de Ran-GTP en Ran-GDP) i la proteïna de unió a Ran denominada RanBP2 / Nup358, poden detectar-se en els cinetocors durant mitosi. Aquestes proteïnes es troben en els porus nuclears durant interfase i intervenen en el transport nucli-citoplásmico. La localització cinetocórica d’aquestes proteïnes sembla ser significativa funcionalment, perquè una varietat de tractaments que eleven els nivells de Ran-GTP inhibeixen l’alliberament de les proteïnes Bub1, Bub3, Mad2 i CENP-E dels cinetocors.

Curiosament, Orc2 (una proteïna de el complex de reconeixement d’origen -ORC per les sigles en anglès- implicat en la iniciació de la replicació de l’ADN durant la fase S) també es localitza en els cinetocors durant mitosi en cèl·lules humanes; en concordança amb aquesta localització, alguns estudis indiquen que Orc2 en llevats està implicada en la cohesió de cromàtides germanes, i la seva eliminació cel·lular provoca l’activació de l’checkpoint de mitosi. També s’ha detectat que altres components de l’complex ORC (com orc5 a S. pombe) intervenen en cohesió. No obstant això, la ruta molecular en la qual intervenen les proteïnes ORC sembla ser additiva a la ruta de les cohesinas i es desconeix en la seva major part.

Generació de les forces que propulsen els moviments cromosómicosEditar

Vegeu també: Microtúbul

La major part dels moviments cromosòmics en relació amb els pols de l’fus mitòtic estan associades amb l’allargament i escurçament dels KMT. Una de les característiques més interessants dels cinetocors és la seva capacitat de modificar l’estat dels seus KMT associats (al voltant de 20) d’un estat de despolimerització dels seus extrems (+) a un estat de polimerització. Això permet als cinetocors de les cèl·lules en prometafase mostrar “inestabilitat direccional”, variant entre fases persistents de moviments cap al pol (poleward) o inversos (anti-poleward) que estan acoblats amb estats alternats de despolimerització i polimerització dels KMT, respectivament . Aquesta bi-estabilitat dels cinetocors sembla ser part d’un mecanisme per alinear els cromosomes en l’equador de l’fus sense perdre la connexió mecànica entre els cinetocors i els pols de l’fus.Es creu que la bi-estabilitat dels cinetocors es basa en la inestabilitat dinàmica de l’extrem (+) dels KMT i està controlat de forma parcial per la tensió existent en els cinetocors. En cèl·lules de mamífer en cultiu, una baixa tensió en els cinetocors promou el canvi cap a la despolimerització de KMT, i una alta tensió promou el canvi cap a polimerització dels KMT.

Les proteïnes de l’cinetocor i proteïnes que es s’uneixen als extrems (+) dels MT (anomenades genèricament + TIPs) regulen el moviment de l’cinetocor mitjançant la regulació de la dinàmica dels extrems (+) dels KMT. No obstant això, la interfície cinetocoro-microtúbul és molt dinàmica, i alguns d’aquestes proteïnes semblen ser components bona fide d’ambdues estructures. Dues classes de proteïnes semblen ser particularment importants: kinesinas que funcionen com despolimerasas, com ara les kinesinas Kini; i proteïnes que s’uneixen a extrems (+) de MT, + TIP, que promouen la polimerització, potser antagonizando l’efecte de les despolimerasas.

  • Les kinesinas Kini s’anomenen així perquè tenen un domini motor intern, que utilitza ATP per promoure la despolimerització de l’polímer de tubulina. En vertebrats, la kinesina Kini més important que controla la dinàmica de l’acoblament de l’extrem (+) és MCAK. Sembla, però, que no és l’única implicada.
  • Hi ha dues classes de + TIPs amb funcions en el cinetocor.
    • La primera inclou la proteïna adenomatous polyposis coli (APC) i la seva proteïna associada EB1, que necessiten la presència de MT per localitzar-se en els cinetocors. Totes dues són necessàries perquè la segregació cromosòmica ocorri correctament. EB1 s’uneix només a MT que estan en fase de polimerització, el que suggereix que afavoreix l’estabilització dels KMT durant aquesta fase.
    • Un segon grup de + TIPs inclou proteïnes que poden localitzar-se en els cinetocors fins i tot en absència de MT. En aquest grup hi ha dos que han atret molt interès: CLIP-170 i les seves proteïnes associades CLASPs (CLIP-associated proteins). El paper de CLIP-170 en els cinetocors és desconegut, però l’expressió d’un mutant dominant negatiu produeix un retard en prometafase, el que suggereix que té un paper actiu en l’alineament cromosòmic. Les proteïnes CLASPs són necessàries per a l’alineament cromosòmic i el manteniment d’un fus mitòtic bipolar en Drosophila, humans i llevats.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *