Cinetocoro

Imagen de una célula humana en mitosis, en la que los microtúbulos se muestran en verde (formando el huso mitótico), los cromosomas en azul en el ecuador del huso y los cinetocoros en rojo.

El cinetocoro es una estructura proteica situada sobre los cromosomas superiores. Sobre esta estructura se anclan los microtúbulos (MT) del huso mitótico durante los procesos de división celular ( meiosis y mitosis). El cinetocoro está localizado en una zona específica del cromosoma, el centrómero. En vertebrados y levaduras los cinetocoros son estructuras discretas y únicas en cada cromosoma, pero existen organismos (como C. elegans) que presentan cinetocoros difusos a lo largo de los brazos cromosómicos: son los denominados cromosomas holocéntricos.[1]

Los cinetocoros inician, controlan y supervisan los llamativos movimientos de los cromosomas durante la división celular. En cuanto a su estructura, los cinetocoros de las células animales pueden subdividirse en dos regiones:

  • el cinetocoro interno se organiza normalmente sobre secuencias de ADN altamente repetido (el ADN satélite) y se ensambla en una forma especializada de cromatina que persiste a través del ciclo celular.
  • el cinetocoro externo es una estructura proteica con muchos componentes dinámicos que se ensambla y funciona sólo durante la división celular.

Las funciones del cinetocoro incluyen el anclaje de los cromosomas a los MT del huso mitótico, la verificación de esos anclajes, la activación del checkpoint de mitosis (un mecanismo de control que retrasa la salida de mitosis si se detectan fallos) y la participación en la generación de las fuerzas que propulsan los movimientos cromosómicos durante la división celular.[2]

Los microtúbulos son polímeros metaestables de tubulina-α y β que alternan entre fases de crecimiento y despolimerización, un fenómeno que se conoce como "inestabilidad dinámica".[3] La naturaleza enormemente dinámica del comportamiento de los MT está integrada con la función de los cinetocoros para mover y segregar los cromosomas.

Estructura del cinetocoro en animales

El cinetocoro está compuesto de distintas capas, que se observaron inicialmente por métodos convencionales de fijación y teñido de microscopía electrónica[7]

Estructura y componentes de los cinetocoros en vertebrados. Basado en Maiato et al. (2004).[2]

La capa más profunda del cinetocoro es la lámina interna, que se organiza sobre una estructura de cromatina que contiene nucleosomas que presentan una histona especializada (CENP-A, que sustituye a la histona H3 en esta zona), proteínas auxiliares y ADN. La organización de este ADN es uno de los aspectos más desconocidos del cinetocoro de vertebrados. La placa interna aparece como un dominio de heterocromatina discreto a través de todo el ciclo celular. Por fuera de ésta aparece la placa externa, compuesta sobre todo de proteínas. Esta estructura se forma en la superficie de los cromosomas en el momento de la ruptura de la envoltura nuclear.[4] La placa externa de los cinetocoros de vertebrados tiene alrededor de 20 sitios de anclaje para extremos (+) de microtúbulos (denominados kMT, por kinetochore MT), mientras que la placa externa de los cinetocoros de Saccharomyces cerevisiae tiene un solo sitio de anclaje. La zona más externa del cinetocoro forma una corona fibrosa que puede visualizarse por microscopía convencional, pero sólo en ausencia de MT. Esta corona está formada por una red dinámica de proteínas residentes y temporales que están implicadas en el checkpoint de mitosis, en el anclaje de MT y en la regulación del comportamiento de estos.

Durante mitosis, cada una de las dos cromátidas hermanas que forman el cromosoma completo presenta su propio cinetocoro. Los cinetocoros hermanos distintos se observan por primera vez al final de la fase G2 en células cultivadas de mamíferos.[9] ). La ruta molecular del ensamblaje de los cinetocoros de los eucariotas superiores se ha estudiado utilizando knockouts de genes en ratones y en células de pollo en cultivo, así como técnicas de ARN interferente (RNAi) en C. elegans, Drosophila y células humanas. Sin embargo, ninguna ruta lineal simple puede describir los datos obtenidos.

Fotografías de microscopía de fluorescencia, que muestran la localización de la proteína endógena humana Mad1 (uno de los componentes del checkpoint de mitosis, en verde) a través de las diferentes fases de mitosis. Cenp-B (en rojo) es un marcador del centrómero, y DAPI (en azul) tiñe el ADN.

La primera proteína que se ensambla en el cinetocoro es CENP-A (Cse4 en Saccharomyces cerevisiae). Esta proteína es una isoforma especializada de la histona H3.[15] Las posiciones relativas de estas proteínas en la ruta dependiente de CENP-A no están completamente claras. Por ejemplo, la localización de CENP-C requiere CENP-H en células de pollo, pero es independiente de CENP-I/MIS6 en células humanas. En C. elegans y en metazoos, la incorporación de muchas proteínas del cinetocoro externo depende en último término de CENP-A.

Los componentes del cinetocoro pueden agruparse en función de su localización a través del ciclo celular. Los componentes constitutivos, como CENP-A, CENP-C, CENP-H y CENP-I, están unidos a la cromatina asociada al cinetocoro durante todo el ciclo, mientras que otros componentes sólo se asocian al cinetocoro al comenzar la profase.

Las proteínas del cinetocoro también pueden agruparse en función de si su concentración cinetocórica permanece constante o varía durante mitosis, y si se reciclan de forma lenta (son estables) o rápida (dinámicas) en sus sitios de unión en los cinetocoros.

  • Las proteínas que permanecen en niveles prácticamente estables desde profase hasta anafase tardía incluyen los componentes constitutivos de la placa interna y los componentes estables del cinetocoro externo, tales como el complejo Ndc80,[20] Conjuntamente con los componentes constitutivos, estas proteínas parecen formar el núcleo central de las estructuras de las placas interna y externa del cinetocoro.
  • Los componentes dinámicos cuya concentración en los cinetocoros cambia durante mitosis incluyen los motores moleculares CENP-E y dineína (además de sus componentes diana ZW10 y ROD), y las proteínas del checkpoint de mitosis (como Mad1, Mad2, BubR1 y Cdc20). Estas proteínas se ensamblan en el cinetocoro en altas concentraciones en ausencia de microtúbulos y su concentración disminuye a medida que aumenta el número de microtúbulos anclados al cinetocoro.[24]
  • Mientras que las proteínas del checkpoint de mitosis presentes en la placa externa del cinetocoro disminuyen su concentración cuando los MT se anclan,[28] Esto podría ser parte de un mecanismo en el cinetocoro que reconoce el extremo (+) de los MT, asegura que están anclados correctamente y regula su comportamiento dinámico mientras permanecen anclados.

Un estudio del 2010 utiliza un método complejo (denominado proteómica combinatoria con clasificadores múltiples o MCCP por las siglas en inglés de multiclassifier combinatorial proteomics) para analizar la composición proteica de los cromosomas completos de vertebrados, incluyendo el cinetocoro.[29] Aunque este estudio no incluye un proceso bioquímico de enriquecimiento en cinetocoros, los datos obtenidos incluyen todos los sub-complejos centroméricos, con péptidos procedentes de 125 proteínas centroméricas conocidas. Según este estudio, aún se desconocen del orden de un centenar de proteínas asociadas al cinetocoro, lo que dobla la complejidad de la estructura conocida durante la mitosis, confirmando que el cinetocoro es una de las sub-estructuras más complejas de la célula.

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