Historia del microscopio óptico en la Biología celular y la medicina

Los avances en nuestra comprensión de la biología celular están íntimamente relacionados con los nuevos microscopios ópticos y técnicas de preparación de muestras. A partir del siglo XVII, estos avances técnicos repercutido en los campos de la biología celular y la medicina, y en ocasiones estos avances se produjeron recíprocamente.

Introducción
El desarrollo del microscopio está fuertemente acoplada con la evolución de la biología celular y la medicina. Microscopios proporcionan al observador con resolución mejorada (capacidad de observar dos objetos cercanos como objetos independientes), contraste (capacidad de detectar las diferentes regiones de la muestra sobre la base de la intensidad o color) y amplificación (capacidad de hacer que los objetos pequeños visible). El ojo humano puede resolver objetos del orden de 0,1 mm, mientras que el microscopio de luz puede resolver objetos del orden de 0,2 mm (200 nm) con una ampliación de 1000_.

El microscopio de luz
El microscopio simple contiene una única lente. El microscopio de luz compuesto se compone de varias lentes: la lente condensador (centra la iluminación), objetivo de microscopio (recolecta y enfoca la luz de la muestra) y una lente ocular o el ocular (forma una imagen en la retina). Si el aumento del objetivo se 100_and que del ocular es 10_, entonces el aumento total del microscopio compuesto es 1000_. El factor más importante es la resolución, que es una función de la NA (apertura numérica es una medida del cono de luz recogida igual a nsiny, donde y es el ángulo medio del cono de luz de la lente) de la lente objetivo, l o la longitud de onda de la luz de iluminación, y n es el índice de refracción del medio entre la muestra y el objetivo.

Fuentes de la invención y la innovación técnica en microscopía
La historia de themicroscope y sus técnicas asociadas está repleta de ejemplos de invención y desarrollo independientes que se extiende por muchos países y un período de unos pocos cientos de años. ¿Cuáles han sido las fuerzas impulsoras de la innovación técnica en microscopía? Es de notar que van Leeuwenhoek (el inventor del microscopio de lente única) fue un comerciante de telas, él creó sus primeros microscopios de lentes único que se puede observar los finos hilos de tela, y sólo a la edad de 40 años cuando dirigió su microscopio para organismos vivos hizo él sus descubrimientos monumentales.
Típicamente innovaciones técnicas en los instrumentos y técnicas dio lugar a nuevos descubrimientos en las ciencias de la vida, sin embargo, hay excepciones notables, como la invención del microscopio confocal, tal como una solución para el problema de cortar muestras ópticamente.
El desarrollo de varios tipos de microscopios ópticos incorporados los siguientes componentes: objetivos de microscopio que minimizan las aberraciones ópticas cromáticas y de otro tipo (distorsión de la imagen), se destaca que minimizar las vibraciones mecánicas y las fuentes de iluminación de la luz solar hasta láseres.
Además, hubo nuevos métodos de fijación y cortar las muestras (micrótomos), técnicas de tinción de muestras (colorantes, tintes, sondas moleculares) que muestra aumento de contraste.

Los primeros microscopios y su uso
La invención del microscopio se acredita a Zacarías Janssen (1587-1638) y su hijo Hans Janssen (1534 - 1592), dos fabricantes holandeses de anteojos que colocaron múltiples lentes en un tubo y se observa que la imagen fue ampliada. Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) utilizó su microscopio de lente única de observar solo las células bacterianas y otros microorganismos que él llamó "animálculos wee '. Estudió muchos especímenes incluidos los tejidos del hígado, cerebro, músculo y grasa (teñidas con un colorante). Adicionalmente, se observó la córnea del ojo, la lente, la retina, el nervio óptico, así como fluidos biológicos tales como sangre, orina, sudor y lágrimas. van Leeuwenhoek observó el flujo de los glóbulos de la sangre (glóbulos rojos) en los capilares de las branquias del renacuajo, señaló que el flujo fue simultáneo con el latido del corazón
el renacuajo. Él no era consciente de descubrimiento de Malpighi de los capilares sanguíneos (1660) y glóbulos rojos de la sangre (1674).
En 1664 Robert Hooke (1635-1703), contemporáneo de Newton, publicó Micrographia, un libro que atrajo una gran atención al microscopio y sus capacidades maravillosas. Hooke escribió en el prefacio de Micrographia que su motivación para el libro era promover el uso de instrumentos de la ciencia.
Más tarde, en 1665, Hooke observado células similares a las células (monje) en rebanadas de corcho y de hecho observaciones similares de las células vegetales.
Un avance importante en el diseño de los objetivos del microscopio se produjo cuando Joseph Jackson Lister (1786-1869) desarrolló su versión del objetivo acromático sin aberración esférica.
Giaovanni Battista Amici (1786-1863) fue otro innovador y desarrollador de microscopios. Él fue el primero en utilizar un objetivo de inmersión para aumentar la resolución (anterior sugiere Brewster). Se utilizó un objetivo de espejo elipsoidal para resolver el problema de las aberraciones cromáticas.
Esta idea fue propuesta por primera vez por Christiaan Huygens como un método para evitar las aberraciones cromáticas, a principios de Newton hizo una propuesta similar.
Durante un periodo de décadas el microscopio compuesto comenzó a lograr la mirada del microscopio óptico moderno.
Christian Hertel (1683-1725) en 1712 desarrolló la mecánica x-y escenario para mover la muestra con el control mecánico fino. En 1854, Camille SebastienNachet (1799-1881) inventó su versión del microscopio estereoscópico que contenía dos oculares. En 1897, la empresa fabricó su estereomicroscopio Zeiss que proporcionan vistas tridimensionales de la muestra.

Los avances en el diseño del microscopio
El mérito de los primeros avances teóricos en el diseño de microscopio basado en la física se da a Ernst Abbe (1840 - 1906). En 1866, el abate se reunió Carl Zeiss, quien propuso que abate establecer una base científica para la fabricación de microscopios ópticos. Abbe hecho contribuciones teóricas a las teorías del poder de resolución del microscopio, el papel de la difracción en la formación de la imagen, y la formación de aberraciones. En 1872, el abate formulado el abate
Condición Sine 'que permite el diseño de objetivos con la máxima resolución y aberraciones mínimas. Él inventó el condensador Abbe en 1872 que iluminó la abertura total del objetivo del microscopio y por lo tanto proporcionan la máxima resolución. En 1873, Abbe formulado el límite de resolución óptica de un microscopio en términos de la apertura numérica y la longitud de onda de la luz incidente.

El microscopio de fluorescencia
El siguiente problema a resolver era cómo lograr mayor especificidad y el contraste en microscopía óptica, y la solución fue la aplicación de la fluorescencia (luz incidente de longitud de onda corta causado una molécula fluorescente que emite luz de una longitud de onda más larga) a la microscopía. El colorante de fluoresceína que fue sintetizado por primera vez en 1871 tiene una larga historia conectado con la tinción de células. En 1881, el bacteriólogo Paul Ehrlich (1854-1915) utiliza fluoresceína para observar el paso de humor acuoso en el ojo. También usó varios colorantes fluorescentes anilina para teñir las bacterias y por lo tanto aumentar su contraste en el microscopio.
Agosto Ko ¨ hler (1866-1948) trabajando en la fábrica Zeiss Jena desarrolló en 1893 un nuevo sistema de iluminación microscopio (más tarde llamado Ko ¨ hler iluminación) con fines fotomicrográficos. También hizo observaciones al microscopio de autofluorescencia (auto-fluorescencia) de especímenes biológicos excitados con luz ultravioleta. Se observó la imagen ultravioleta de la cromatina sin teñir en el núcleo de la célula con luz incidente de 275 nm.
En 1903, Henry Wilhelm Friedrich Siedentopf (1872 - 1940) y Richard Adolf Zsigmondy (1865-1929) inventó el microscopio para observar ultra-coloides. Henry Friedrich Wilhelm Siedentopf construyó un condensador de campo oscuro que bloquea la luz incidente de entrar en el objetivo del microscopio, lo que mejora el contraste de la espécimen.
Henry Wilhelm Friedrich Siedentopf informó por primera vez que el uso de la luz ultravioleta produce la fluorescencia de muestras, y eso era un problema, ya que reduce el contraste de la muestra Sitio!
Luego, en 1904, agosto Ko ¨ hler inventó el microscopio de luz ultravioleta que precedió al microscopio de fluorescencia. Una cámara se requiere para detectar la imagen muy débil.

En 1910, Lehmann de la fábrica Carl Zeiss en Jena utiliza la fuente de luz desarrollado por el norteamericano Robert Wood (1868-1955) para hacer un prototipo de microscopio de fluorescencia.
En 1913, la empresa presentó su microscopio Zeiss luminiscencia. Posteriormente Max Haitinger (1868-1946) introdujo el "fluorochroming el término o la tinción fluorescente de los especímenes, y desarrolló muchas de las técnicas de tinción para la observación de ejemplares de la fluorescencia
microscopio. Al mismo tiempo, Carl Reichert de Viena desarrollado un microscopio de fluorescencia competir con un nuevo campo oscuro condensador cuarzo

Philipp Ellinger en la década de 1920 fue clave en el desarrollo del microscopio de fluorescencia intravital. Ellinger collorborated con August Hirt en su desarrollo. En
1933, Ellinger que era judío tuvo que dejar su cargo y posteriormente Hirt que fue miembro de las SS nazis alegaron que sólo él era el inventor del microscopio de fluorescencia intravital.
En 1929, la empresa Carl Zeiss en Jena produjo un microscopio intravital con iluminación vertical, un objetivo waterimmersion microscopio y una fuente de luz ultravioleta para las investigaciones de la distribución de los tintes fluorescentes en los riñones y el hígado de las ranas y los ratones. Este microscopio se utilizó posteriormente para las observaciones intravital de piel viva, el hígado y los riñones, y para estudiar la microcirculación de los órganos y glándulas del animal vivo.

El microscopio de fluorescencia
El siguiente problema a resolver era cómo lograr mayor especificidad y el contraste en microscopía óptica, y la solución fue la aplicación de la fluorescencia (luz incidente de longitud de onda corta causado una molécula fluorescente que emite luz de una longitud de onda más larga) a la microscopía. El desarrollo del microscopio de fluorescencia después de una serie de avances técnicos en el diseño del microscopio, así como el uso de moléculas intrínsecas de fluorescencia, así como moléculas sintéticas de fluorescencia. En la primera categoría son las nuevas fuentes de luz ultravioleta, el uso de filtros de líquidos para separar
longitudes de onda específicas o colores de iluminación, el uso de filtros de sólidos o líquidos para separar la luz de excitación incidente de la luz emitida que se produjo a longitudes de onda mayores, el diseño de los objetivos y lentes que pueden transmitir la luz ultravioleta y detectores fotográficos y de estado sólido a grabar las imágenes.

El colorante de fluoresceína que fue sintetizado por primera vez en 1871 tiene una larga historia conectado con la tinción de células. En 1881, el bacteriólogo Paul Ehrlich (1854-1915) utiliza fluoresceína para observar el paso de humor acuoso en el ojo. También usó varios colorantes fluorescentes anilina para teñir las bacterias y por lo tanto aumentar su contraste en el microscopio.
Agosto Ko ¨ hler (1866-1948) trabajando en la fábrica Zeiss Jena desarrolló en 1893 un nuevo sistema de iluminación microscopio Observó la imagen ultravioleta de la cromatina sin mancha en el núcleo celular
con la luz incidente de 275 nm.
En 1903, Henry Wilhelm Friedrich Siedentopf (1872 - 1940) y Richard Adolf Zsigmondy (1865-1929) inventó el microscopio para observar ultra-coloides.
Luego, en 1904, agosto Ko ¨ hler inventó el microscopio de luz ultravioleta que precedió al microscopio de fluorescencia. Una cámara se requiere para detectar la imagen muy débil. Ko ¨ hler utilizado el objetivo de cuarzo ultravioleta monocromática desarrollado previamente por Moritz von Rohr.

Philipp Ellinger en la década de 1920 fue clave en el desarrollo del microscopio de fluorescencia intravital. Ellinger collorborated con August Hirt en su desarrollo. En 1933, Ellinger que era judío tuvo que dejar su cargo y posteriormente Hirt que fue miembro de las SS nazis alegaron que sólo él era el inventor del microscopio de fluorescencia intravital.
En 1929, la empresa Carl Zeiss en Jena produjo un microscopio intravital con iluminación vertical, un objetivo waterimmersion microscopio y una fuente de luz ultravioleta para las investigaciones de la distribución de los tintes fluorescentes en los riñones y el hígado de las ranas y los ratones. Este microscopio se utilizó posteriormente para las observaciones intravital de piel viva, el hígado y los riñones, y para estudiar la microcirculación de los órganos y glándulas del animal vivo.

Albert Coons (1912-1978) y Melvin Kaplan son los inventores de inmunofluorescencia (1950) en el que está químicamente un colorante fluorescente unido a un anticuerpo; esta técnica dio lugar a un enorme aumento de la especificidad (debido a la especificidad del antígeno-anticuerpo) y dio como resultado en muchos avances en la biología celular.
Por ejemplo, en 1982 María Osborne y Klaus Weber utiliza el microscopio de fluorescencia junto con
anticuerpos monoclonales fluorescentes para visualizar la proteína tubulina citoesqueleto en las células.

La relación simbiótica entre Enduring el microscopio y Biología Celular
Durante la segunda mitad de los seres humanos del siglo XVII, por primera vez observar el mundo microscópico: organismos unicelulares, células vegetales, espermatozoides, la estructura fina de las alas de los insectos y los ojos compuestos, y los capilares del sistema vascular. Observaciones microscópicas tales como la observación de los espermatozoides Leeuwenhoek estimulado nuevas teorías de la generación, del mismo modo la observación de los capilares en el organismo provoca nuevas direcciones en el concepto de acción glandular. El microscopio demostró no sólo ser una herramienta útil para facilitar la observación de los microorganismos, pero se convirtió en una herramienta fundamental en la determinación de cómo los biólogos conceptualizado células y la vida misma.
Marcello Malpighi (1628-1694) estableció el campo de la anatomía microscópica en Bolonia donde descubrió capilares sanguíneos, observaron el cerebro, la lengua y la retina, y el desarrollo del embrión de pollo. Estudió los pulmones, los ganglios linfáticos y las glándulas y el cerebro.

El padre de la patología celular es Rudolf Virchow (1821-1902) quien abogó por el uso del microscopio en la patología. Virchow, en 1858, escribió "todas las células provienen de células". En esta declaración Virchow refutó las afirmaciones incorrectas en la formación de células de Schwann y realizados por Schleiden.
Su libro seminal Patología Celular demostrado que las enfermedades son consecuencia de una alteración de los procesos celulares normales.
El químico francés Louis Pasteur (1882-1895) realizó experimentos que dieron como resultado el derrocamiento de la teoría de la generación espontánea. De 1880 a 1890 se desarrolló vacunas para el ántrax enfermedades, el cólera y la rabia, y ayudó a apoyar la teoría microbiana de las enfermedades que se están desarrollando por su contemporáneo Robert Koch. Louis Pasteur demostró que los microorganismos son responsables de la purificación de la materia orgánica.

Robert Koch (1843-1919) es el fundador de una escuela seminal de la bacteriología, y sus estudiantes estaban entre los líderes importantes de la bacteriología europeo y americano.
En 1881, Koch desarrollado técnicas experimentales, microscopía es decir, tinción de los tejidos, el crecimiento de las bacterias en medios de cultivo sólidos, el aislamiento y cultivo puro de inoculación animal para entender el papel de Mycobacterium tuberculosis en la transmisión y progresión de la tuberculosis. Koch se acredita con los métodos para el estudio de las bacterias en cultivo puro. Koch conceptualiza la teoría microbiana de la enfermedad y las pruebas presentadas en su apoyo experimental.

Fue galardonado con el Premio Nobel 1905 de Fisiología y Medicina. Koch fue un innovador en microscopía: fue el primero en utilizar un objetivo de inmersión en aceite y el condensador Abbe (con un sistema de lentes para llenar la abertura total del objetivo del microscopio y así lograr una resolución máxima), el primero en publicar fotomicrografías de bacterias, e ideó métodos de tinción para bacterias para aumentar su contraste en el microscopio.

El proceso de la meiosis en los ovocitos de los Ascaris, un gusano nematodo. Boveri utiliza el microscopio para observar cómo los cromosomas redistribuir sus piezas en la división celular, los cromosomas se reduce a la mitad en células germinales (espermatozoides y óvulos) formación y, finalmente, sus cromosomas emparejados en el proceso de fertilización.
Independientemente de ello, entre 1902 y 1903 Walter Sutton quien trabajó en los Estados Unidos encontró resultados similares, demostró que los cromosomas contienen el material hereditario de células - los genes.
No sólo los avances en el diseño microscopio impacto en la biología celular, pero también hubo importantes avances en la preparación de muestras, el tejido de corte y técnicas de tinción.
Desde alrededor de 1820 microscopistas utilizados portaobjetos de vidrio para sus muestras. En 1875 Paul Mayer desarrollado el microtomo, un instrumento que puede cortar secciones muy finas de un espécimen. Por 1880 muestras se prepararon como sigue: fijación, deshidratación, la tinción con colorantes de anilina, inclusión en parafina, y se seccionó para producir secciones finas con un microtomo.

Nuevos avances en microscopía de luz: imágenes de células vivas
Marvin Minsky inventó el microscopio confocal (con la capacidad de especímenes sección ópticamente) en 1957. El desarrollo de varios tipos de microscopios confocales (un microscopio óptico lineal en el que la intensidad de la imagen es proporcional a la intensidad de la luz incidente) durante las últimas décadas proporcionan excelente capacidad de seccionamiento óptico a la estructura celular observada y la función. Su desarrollo fue motivado por la necesidad de biólogos celulares para muestras gruesas imagen sin la necesidad de mecánica (destructivo) seccionamiento.
Los biólogos modernos utilizar nuevos tipos de microscopios no lineales (el brillo de la imagen es una función del cuadrado de la intensidad de la luz incidente) que no estaban disponibles hace 15 años. Todos estos nuevos tipos de microscopios de proporcionar capacidad de seccionamiento óptico y son compatibles con imágenes en vivo a largo plazo de células, tejidos y organismos. Algunos de estos nuevos microscopios ópticos no lineales, como el microscopio de excitación multifotónica (la teoría de que fue publicado en la tesis doctoral de 1931 Maria Go ¨ ppert-Mayer) utilizan luz infrarroja de un láser pulsado para excitar la fluorescencia celular, ya sea de origen natural componentes o de producción genéticamente inducida de las proteínas fluorescentes.

Nucleo Celular

El núcleo celular es un doble unido a la membrana orgánulo que contiene la información genética de la célula de empaquetado en forma de cromatina. El núcleo es un rasgo característico de la mayoría de las células eucariotas.

Se compone de una mezcla dinámica de sub compartimentos no membranosos  de diversa capacidad funcional.
Transcripción y más post-transcripción de procesamiento de pre-ácidos ribonucleicos mensajeros (ARNm) se producen en el interior del núcleo y los mRNAs maduros son transportados al citoplasma donde se producen los acontecimientos tradicionales. Por lo tanto, el núcleo proporciona compartimentación funcional dentro de la célula que permite mayores niveles de regulación de genes.

Introducción

El núcleo término fue descrito por primera vez por Robert Brown en las células de orquídeas. Schleiden en 1838 propone que el núcleo tiene un papel en la generación de células y se introduce como 'Cytoblast'. Más tarde, Hertwig, mientras que el estudio de la fertilización de los huevos de erizo de mar mostró que el núcleo del espermatozoide entra en el ovocito y se fusiona con el núcleo. Eduard Strasburger también se describe el mismo fenómeno en las plantas.
En 1873, Weismann postuló la equivalencia de las células germinales maternas y paternas de la herencia, después de la mitosis fue descubierto y las reglas de Mendel fueron redescubiertos, la teoría cromosómica de la herencia fue desarrollado.

Estructuras nucleares

En células de mamíferos, el diámetro medio del núcleo es de aproximadamente 6 mm, que ocupa aproximadamente el 10% del volumen celular total. El núcleo celular es altamente dinámico y compartimentada ampliamente. Además de ser difusamente distribuida por todo el núcleo plasma, muchos componentes nucleares ocupan y se limitan a subdominios específicos dentro del núcleo.

Envoltura nuclear (NE) y los poros

La NE representa un altamente organizada, límite multifuncional doble membrana que encierra el núcleo y separa el material genético de la célula desde el citoplasma circundante, que actúa como una barrera para prevenir la difusión de macromoléculas a partir libremente entre el núcleo plasma y el citoplasma. Se compone de una membrana nuclear interna (INM) y la membrana nuclear externa (ONM), que son continuas con el retículo endoplásmico (ER).

Ambas membranas interior y exterior se componen de diversos grupos de proteínas. El primer grupo está formado por unos 30 polipéptidos diferentes, referidos como nucleo porins o los PMB, que son los componentes integrales de los complejos de poro de alto peso molecular nuclear (CPN) NPCs sirven como puertas de acceso exclusivo que permite el tráfico regulado de macromoléculas entre el núcleo y el citoplasma .

El interior y los ONMS se fusionan en los sitios de inserción NPC. 50% de los NPCs representa una estructura de andamio o de núcleo NPC. El núcleo NPC está establemente incorporado en la NE, que estabiliza la membrana de poro muy curvada, y desfavorables energéticamente. Otro grupo de polipéptidos, se refiere como Nups periféricos, están unidos a la estructura de andamio y mediar en el transporte activo, receptor dependiente de moléculas a través de la NE.

Un segundo grupo de proteínas NE específicamente localizar al INM y se refieren generalmente como proteínas trans membrana NE o redes y sugerido que desempeñar un papel vital en importantes funciones nucleares tales como organización de la cromatina, la expresión génica y el ácido desoxirribonucleico (ADN), el metabolismo.
Inadecuada localización y función de las proteínas de la MNI han relacionado con numerosas enfermedades humanas

El tercer grupo de proteínas reside en los ONM. Estas proteínas integrales de membrana comparten un dominio KASH, que se ha demostrado que interactúan con las proteínas (SUN)-dominio de la INM.
En metazoos, la NE se desintegra completamente durante la división celular con el fin de permitir que el huso mitótico para acceder a los cromosomas. Por lo tanto, la NE se reforma y los compartimientos nucleares se restableció en cada célula en división, que es un proceso muy dinámico. Durante G2 cuando el genoma ha sido duplicado, el número de NPCs también se duplica y la superficie de la NE es mayor. El desglose NE y la pérdida de núcleo-citoplasma compartimentación ocurrir inmediatamente después de la célula entra en la profase. Como consecuencia, todas las proteínas solubles NE se distribuyen por todo el citoplasma, las proteínas trans membrana NE residir en el ER mitótico y la cromatina está esencialmente libre de membranas.

Además, la asociación de ciertos Nups con la cromatina, la des condensación de la cromatina, el montaje de nuevo NPCs se produce, y, al final de la división celular de las reformas NE como una barrera de membrana cerrada y Esto restablece el selectiva núcleo-citoplasma transporte. Después de esto, la NE se expande y experimenta cambios estructurales adicionales necesarios para la progresión del ciclo celular y la transcripción.

Se ha revelado por imágenes de alta resolución que ER túbulos contacto y abrigo sobre la cromatina en las primeras etapas de la formación de NE en células intactas
Formación NE también implica la unión de varias proteínas de la MNI a la cromatina factores, por ejemplo, LBR se une a HP1 y es necesario para la orientación y el anclaje de membrana NE a la cromatina in vitro.

La cromatina es máximamente compacto en anafase tarde, justo antes de la formación NE. Posteriormente, se de condensa a la transcripción y la forma de replicación competente en la interfase.

La estructura de la cromatina abierta, posiblemente, ofrece sitios de unión para las proteínas del INM y por lo tanto impulsa la formación de NE. Las membranas nucleares carecen de NPCs si este complejo se agota en las células. Se entiende bien que la NE juega un papel activo en la organización del genoma y la regulación de la expresión génica.

La lámina nuclear es una capa filamentosa de los filamentos intermedios situados entre el INM y heterocromatina periférica, que se encuentra estrechamente asociada con los CNP y contiene tres proteínas estructuralmente relacionadas denominadas como las laminas A, B y C (Figura 1a) (Cohen et al., 2008). En base a sus propiedades estructurales, bioquímicos y dinámico, las laminas se han subdividido en A tipos y tipos B.
Las laminas de tipo A tiene dos isoformas principales empalmados alternativamente, laminas A y C, mientras que, B1 y B2 son las dos isoformas de tipo B-lamina. Las laminas A, B1, B2 y someterse a extensas modificaciones post-traduccionales en su C-terminal-CAAX caja; farnesilación seguido de carboximetilación. Lamin C no ha-CAAX caja por lo que no se farnesylated.

Sin embargo, se cree que todas las laminas se procesan en el núcleo, ya que son rápidamente transportados en el núcleo después de la traducción en el citoplasma. Varias otras modificaciones también se han implicado en la maduración de las laminas, por ejemplo, fosforilación, sumoylation, ADP-ribosilación y glicosilación.

Tanto las laminas A y B de tipo red filamentosa formar por separado en la lámina, las redes individuales interactúan unos con otros en diversos grados. Aunque las isoformas lamin están principalmente asociadas con la lámina nuclear, una fracción significativa también está presente en el nucleo plasma y sugirió a ser recopilación del DNA  involucrado y la transcripción o como estructuras de montaje.

Extractabilidad bioquímicos y los análisis in vivo por FRAP y FCS han revelado que las laminas nucleoplasmic B de tipo sirven principalmente como componentes estructurales inmóviles, mientras que las laminas A / C son muy dinámicas.

Varios estudios relacionados con el secuestro de laminas A/C- funcional o de tipo B-informó deformabilidad aumentado nuclear y problemas de viabilidad apoyo a la posible participación de las laminas en la determinación y mantenimiento de la forma nuclear y propiedades mecánicas.
La mutación del LMNA conduce a una serie de laminopathies incluyendo Hutchinson-Gilford Progeria síndrome (HGPS), que implican defectos en el ensamblaje de filamentos y / o apego al NE y por lo tanto poner en peligro la estabilidad de NE en los tejidos estresados ​​físicamente como las fibras musculares, los huesos, la piel y del tejido conjuntivo tejidos.

Expresión Lamin ha demostrado estar fuertemente asociada con la modificación o la organización de la cromatina que ha sido reflejada por alteraciones en las modificaciones de histonas.
Varias líneas de evidencias sugieren que las laminas también juegan un papel importante en la mitosis siguiente montaje nuclear.

Laminas han demostrado que se une con factores de replicación de ADN, tales como PCNA sugiere su papel directo en la regulación de la replicación. Expresión de mutantes laminas dificulta la formación de focos de reparación del ADN.
Laminas se ha informado que tienen un papel importante en la transcripción también. El agotamiento de lamina B1 o sobre-expresión de la lamina A / C en células HeLa da lugar a una disminución significativa de ácido ribonucleico (ARN) polimerasa II (pol II) - mediada por la transcripción (Neilan, 2009).
La lámina nuclear se ha sugerido que constituyen un dominio transcripcionalmente silencioso. La idea de que la lámina que constituye un entorno de represión de la transcripción fue apoyada por la. Encontrar que la unión artificial de un gen reportero a los resultados de NE en la inactivación transcripcional

En general la lámina nuclear parece tener un gen o efecto específico de la cromatina en la transcripción de activación o represión.

Cromatina


La heterocromatina y eucromatina
El estado en el que se envasa el material genético, ADN, dentro de la célula se conoce como cromatina.
La característica más llamativa de las histonas es la presencia de gran número y tipos de modificaciones postraduccionales. Las histonas en nucleosomas varían en sus estados de modificación post-traduccional en diferentes ubicaciones con respecto a la estructura subyacente primaria del ADN genómico. La estructura primaria de la cromatina consiste en una fibra 10 nm que aparece como "cuentas de una cadena 'donde los nucleosomas representan las perlas.

El genoma dentro del núcleo muestra un alto grado de organización espacial y funcional. La forma más obvia de la organización del genoma estructural es la compartimentación en la heterocromatina y eucromatina.
Eucromatina es la forma decondensed de la cromatina en células en interfase, contiene los genes más activamente transcritos y con frecuencia se replica a principios de la fase S. Las secuencias reguladoras en estas regiones son accesibles a las nucleasas, tienen CpGs no metilados e histonas hyperacetylated núcleo. En contraste, la heterocromatina es estructuralmente condensa a lo largo de la interfase, transcripcionalmente silencioso y frecuencia de replicación tardía.

Dependiendo de si la heterocromatina se establece en cada tipo de célula o se limitan a un linaje particular, puede ser dividida en constitutiva o heterocromatina facultativa.
Heterocromatina constitutiva se encuentra en toda la vida de la célula en secuencias de ADN repetitivas tales como pericentromeres y telómeros.
Regiones y secuencias de ADN que están sujetos a un silenciamiento transcripcional regulada por el desarrollo constituyen la heterocromatina facultativa.
En las células diferenciadas terminalmente a gran escala heterochromatinisation del genoma se observa frecuentemente.
El silenciamiento de uno de los dos cromosomas X en las células de mamífero hembra, y los alelos inactivos de los genes con expresión monoalélica.

En las células senescentes desencadenados por la activación de oncogenes, la inclusión de la proliferación de promoción de los genes en la cromatina compacta focos se cree que contribuyen a la detención irreversible de la proliferación por silenciamiento de la expresión de esos genes.

Desde la heterocromatina es muy condensado y contiene regiones transcripcionalmente inactivos, se creía anteriormente que el grado de condensación de la cromatina está directamente relacionado con la actividad transcripcional y el grado de condensación desempeña un papel regulador durante este proceso.

Además, se ha encontrado que muchas regiones en el genoma montado en la heterocromatina se transcriben, y, transcripción de repeticiones heterocromticos ha sido muy conservadas durante la evolución.

Modificaciones de la cromatina y sus funciones

El estado de modificación y el posicionamiento de los nucleosomas pueden influir en los procesos celulares como la temporización de transcripción, la reparación del ADN y la replicación. Las modificaciones específicas en histonas pueden afectar a la interacción de las histonas diferentes en los nucleosomas adyacentes o con el ADN y que ello afecte a la estructura de orden superior cromatina.

Una de las funciones más críticas de la cromatina modificación es la diferenciación de la cromatina entorno distinto.
Heterocromatina, que determina la protección de los extremos de los cromosomas y la separación de los cromosomas en la mitosis, se asocia con histonas de acetilación bajo y sitios metilados significativamente altos.
Eventos de modificación de cromatina juegan un papel importante durante la expresión o el silenciamiento de un gen. Acetilación de histonas, la metilación, fosforilación y ubiquitinación corresponden a las modificaciones que conducen a la activación de la expresión génica, mientras que, la represión está implicado principalmente por metilación, ubiquitinación, sumoylation, desaminación y prolina isomerización. Curiosamente, algunas modificaciones conducir a resultados diferentes en función de sus posiciones.

Modificaciones de las histonas también otorgar el reconocimiento de daños en el ADN y ayuda en la accesibilidad a los lugares donde se requiere una reparación.

La propagación de la fosforilación en todo el sitio de la lesión ayuda en la contratación de diversos factores DSB-reconocimiento y reparación en el sitio de descanso que incluyen proteínas de ADN puesto de control de daños y la cromatina complejos de remodelación. Además, una proteína compleja HTP-C que contiene una fosfatasa PPh3, se dirige a la H2AX después de su desplazamiento a partir del ADN que rodea a las DSBs, que es esencial para la recuperación eficiente de punto de control el daño del ADN.

Las histonas H3 y H4 se ubiquitinated por un complejo CUL4-DDB-ROC1 el daño al ADN inducido por UV.

Territorios cromosómicos (TC)

A diferencia inicialmente, cuando se creía que la disposición de cromosomas está limitada por los límites del núcleo, que es ahora un hecho bien estudiado que cada cromosoma en una célula permanece confinado en un pequeño volumen secundario espacialmente limitado conocido como CT, dominios o menos esféricos .

Ricos Gene-cromosomas ocupa mas posiciones interiores donde hay mas gen de los pobres cromosomas se encuentran más en la periferia.
Evidencias experimentales sugieren que las posiciones de CTs reflejar el posicionamiento de sus loci individuales. Cromosomas de mamíferos han alternando patrones OFGC ricos en el ATrich (rica en genes y genes pobre, respectivamente) dominios. Los genes activos se agrupan principalmente en los dominios ricos en GC, lo que corresponde a los cromosomas R bandas.

Por lo tanto, los dominios correspondientes a diferentes bandas muestran distintos patrones de actividad transcripcional y esto se correlaciona con su posicionamiento nuclear.
Los cromosomas están polarizados en eucariotas inferiores, con los telómeros en un lado del núcleo de la célula y los centrómeros en el lado opuesto. Sin embargo, en los mamíferos, los arreglos cromosómicos son muy complejas, con posiciones preferenciales asignados a cromosomas particulares relativas al centro nuclear.

A pesar de las dos copias del mismo cromosoma en el núcleo pueden ocupar posiciones distintas y tienen diferentes vecinos. El significado de posicionamiento cromosoma permanece en gran medida poco clara, sin embargo, los patrones de cromosoma posición son significativamente similares entre los tipos de células que comparten similares vías de desarrollo. Este tipo no aleatoria de la organización del genoma permite la compartimentación funcional del espacio nuclear, que mejora aún más la eficiencia de la regulación génica. Se cree que las posiciones cromosómicas se determina a través de su asociación con algunos elementos de andamio nucleares.

Cromosomas diferentes tienen distintas propiedades físicas generales que dependen del grado de actividad de los genes y la distribución lineal de las regiones activas e inactivas en un cromosoma. Esto puede determinar la probabilidad de interacción de diferentes regiones cromosómicas con cada otro y afectar así a su disposición relativa. Esta organización también explica la especificidad tisular de los patrones de expresión de genes y cromosomas.

Subnuclear dominios

Nucleolo

Nucleolo es la estructura subnuclear más prominente formado alrededor discretas loci cromosómicos conocidos como nucleolar-organización de regiones (NORs), que consisten en repeticiones en tándem de ADNr. Sin embargo, un porcentaje significativo de las proteínas y ARN nucleolar tienen funciones discretasl.

El primer paso en el montaje ribosomal es la transcripción del ADNr por la ARN polimerasa I que conduce a la síntesis de ARNr precursor 47S. Esta pre-rRNA se co-o post-transcriptionally procesada por snoRNPs para generar 5.8S, 18S y 28S rRNA. Además, estos rRNAs ensamblar con las proteínas ribosomales para formar las pequeñas y grandes pre-ribosomas subunidades, que se exportan por separado al citoplasma donde se someten a las etapas de tratamiento final para convertirse en maduros 40S y 60S subunidades de ribosomas. Nucleolos constan de tres componentes básicos que han sido implicados en el metabolismo de rRNA: el centro fibrilar (FC), el componente fibrilar denso (DFC) que forman un aroundFC llanta y el componente granular (GC).
La transcripción del ADNr se produce ya sea en theFCor en el límite FC-DFC, y por lo tanto cuando la transcripción de ADNr en la célula se aumenta más FCs es detectado. FCs están enriquecidos con componentes de maquinaria theRNA Poli.

La asociación transitoria de sus componentes funcionales genera un nucleolo morfológicamente definidas. Deterioro biogénesis de ribosomas, ya sea por inhibición de la transcripción de ADNr, o los resultados de la inhibición de la transformación rRNA en la inducción de reorganización nucleolar que se caracteriza por la separación de los componentes nucleolares que permanecen cerca uno del otro, pero ya no se entremezclan.

En un momento dado, sólo un subconjunto de repeticiones de ADNr se transcribe y el estado transcripcional de la ADNr está determinada por la interacción de la metilación del ADN, las modificaciones de histonas y las actividades de remodelación de la cromatina.
Por lo tanto, dos clases de NORs existen, los NORs silenciosos, que están completamente reprimidos en un estado heterochromatic y las NORs activa la transcripción, que son aparentemente en estado euchromatic.

Reciente caracterización de nucleolar proteínas identificadas a través de extensos experimentos proteómicos pantalla revelaron su papel en diversos procesos celulares tales como, control del ciclo celular, la apoptosis, la infección viral, DNAreplication y reparación proporcionando un enlace entre la biosíntesis del ribosoma subunidad, progresión del ciclo celular y la señalización de estrés.

Motas Nucleares
Manchas nucleares, motas o dominios SC35 son regiones dinámicas, punteadas con formas irregulares ricas en factores pre-mRNAprocessing, 25-50 en número por núcleo en interfase y observado cerca de las regiones de transcripción activa. Motas se sugieren para funcionar como sitios de almacenamiento / modificación forpre-mRNAspicing factores desde donde estos son activamente reclutados a los sitios de transcripción.

Los factores de transcripción, factores de ARN extremo 3 'de procesamiento y las proteínas estructurales también se han localizado en manchas nucleares. Una forma de serina-2-fosforilada de ARN polII implicado en la transcripción de elongación también se ha informado a localizar a motas, sin embargo, la aparición de la transcripción en manchas nucleares no se ha informado todavía.

Curiosamente, un ARN no codificante largo, metástasis asociada a adenocarcinoma de pulmón transcript1 (MALAT1), se ha encontrado para ser enriquecido en manchas nucleares y recientemente se han implicado a estar involucrados en la regulación del splicing alternativo mediada a través de la familia de factores de empalme SR.
Las motas son estructuras altamente dinámicas; tiene  componentes que  continuamente lanzadera entre motas y loci activos gen de una manera dependiente de transcripción.
La morfología de moteado es reflejada por el intercambio continuo de sus componentes en y fuera de estas estructuras.

La fosforilación de proteínas dramáticamente influye en la localización de motas-asociación de factores, así como la estructura general de las motas en células de mamífero. Por ejemplo, la fosforilación de las proteínas SR controla su asociación con spliceosomas y su reclutamiento de transcripción sitios activos. Interesantemente, la sobre expresión de la proteína SR CLK quinasa / STY conduce a la redistribución de los componentes de motas en un patrón difuso nuclear. Motas también están dinámicamente reguladas durante la mitosis. A la entrada en mitosis, las proteínas motas asociadas distribuir como patrón citoplasmático difuso y también se acumulan como pocas estructuras pequeñas llamadas gránulos mitóticas interchromatin (GSI).

Es probable que funcione como speckle homólogos que proporcionan competentes de ARNm de pre-factores de empalme a los sitios iniciales de transcripción en el núcleo recién formado.

Varios estudios indican que manchas nucleares se forman mediante auto-ensamblaje y moteado morfología está determinada por las interacciones transitorias de speckle componentes bajo condiciones de estado estacionario.
Factores de empalme se acumulan cerca de la transcripción de genes activamente en la cromatina decondensed. Este proceso de nucleación facilita la asociación de más cromatina móvil con otros genes activos.

Paraspeckles

Paraspeckles son pequeños de tamaño irregular, desigualmente distribuidos cuerpos subnuclear que van desde 5 hasta 20 focos por núcleos en todos los tipos de células de mamíferos, excepto las células madre embrionarias en los que está ausente.
Sin embargo, ni directa se superponen con los sitios de transcripción activa ni contener factores de empalme. En cambio, están enriquecidos con determinados ARN-proteínas de unión de la familia DBHS, PSPC1, PSF y P54NRB/NONO. Varios otros tipos de proteínas, factores de transcripción y factores / cofactores 3'RNA de escisión como Sox9, WTX, BCL11A y CF1m también se han encontrado para ser enriquecido en estos dominios.

El otro componente, PSPC1 ciclos entre paraspeckles y nucléolo de una manera dependiente de transcripción que sugiere la existencia de alguna forma de cruz hablar entre regulador y nucléolo paraspeckles. Se ha demostrado que los parasapeckles desmonte de la inhibición transcripcional y puede volver a montar si la transcripción se restaura.
Dos paraspeckle RNA components específicos se han identificado hasta la fecha: Ctn-ARN, que está implicada en el control de la expresión génica por la retención de ARN nuclear, y un ncRNA abundante, NEAT1, que sirve como un componente arquitectónico esencial para la formación y el mantenimiento de paraspeckles.

Cuerpos PML

PML cuerpos nucleares son de matriz dominios asociados que aparecen como esferas de 0.1-1.0 mm de diámetro, propuestos para regular muchas funciones nucleares, que incluyen la replicación del ADN, transcripción o silenciamiento epigenético.
La proteína PML se transposicionalmente modificado por fosforilación o sumoylation, que ha sido implicado en la regulación de la estabilidad de PML, NB biogénesis y la asociación colaboradora. Se cree que la estructura y el número de estos organismos puede ser modulado por cambios en la cromatina que ocurren durante la transcripción o el ciclo celular.
La proteína PML está mutuamente fusionados con el receptor de ácido retinoico (RAR), debido a una translocación cromosómica en pacientes con leucemia mieloide aguda que resulta en la interrupción de los cuerpos de PML.

Cuerpos de Cajal (CB)

Cuerpos CB o en espiral son estructuras compactas de medición. Electron imágenes microscópicas de CB se asemejan a bolas de hilo enredado. CBs se caracterizan por proteínas marcadoras como coilin, snRNPs U7 y las proteínas SMN. CBs han notificado a participar en una serie de funciones diferentes en relación toRNAprocessing, snoRNA específica y snRNAmaturation y la modificación histonem ARN.

Durante el montaje de los componentes spliceosomal, los pasos finales de U4/U6-U5 tri-snRNP asamblea tiene lugar en la CBS. FRET estudios han demostrado una interacción CB-específica entre el U4/U6 snRNP y p110, una proteína que promueve U4/U6 montaje durante tri-snRNP biogénesis.

El compartimiento perinucleolar

El compartimiento perinucleolar (PNC) es una forma irregular, el cuerpo subnuclear estructuralmente distintos.
Éstas son estructuras dinámicas que se mueven a lo largo de la periferia del nucleolo con el tiempo. PNCs desmontar y volver a montar durante la mitosis inmediatamente después de la telofase.

Algunos estudios han demostrado que PNCs están predominantemente presentes en las células cancerosas con una prevalencia muy baja en las células normales. La prevalencia de PNCs en las células tumorales se correlaciona directamente con el potencial metastásico de la población de células dada. Varios in vitro e in vivo sugieren que la formación de PNCs pueden reflejar cambios clave durante la transformación que están asociados con capacidad metastática. PNCs Así, se han propuesto como marcadores potenciales de cáncer para los tumores sólidos.

Cuerpos de esfuerzo con isótopos

Cuerpos nucleares de estrés son muy dinámicos, subestructuras grandes, ubicadas cerca de nucleolos o NE. ONN se identificaron originalmente como los mainsites de acumulación de calor-shock factor-1 (HSF1) en células estresadas. Ha sido diversamente representados en forma de gránulos de estrés nucleares, gránulos, gránulos HSF1 HAP y stressinduced Sam68 cuerpos nucleares.

Inicialmente, los ONN fueron considerados como agregados de proteínas desnaturalizadas y considerado como marcadores de calor conmocionado células.
Sin embargo, estudios recientes han demostrado la formación de los ONN en respuesta a varios otros factores de estrés tales como metales pesados, la inhibición del proteasoma, análogos de aminoácidos, etc

El número de órganos de tensión depende de los tipos de células con fibroblastos primarios caracterizados por 1-2 ONN, mientras que, las líneas celulares transformadas. Grandes subconjuntos de ARN-proteínas de unión que están directamente involucrados en el procesamiento de pre-ARNm se ha demostrado que se acumulan en los ONN a estrés térmico.
Se cree que bajo condiciones de estrés, los transcritos de repetición SatIII de control celular y la actividad transcripcional de empalme de transcripción secuestrante y factores de empalme, además la reprogramación de la expresión de genes de defensa celular hacia.

Cuerpos histonas locus (HLB)

Estas son diferentes orgánulos nucleares relacionados con CB y también se caracterizan por la presencia de coilin en Drosophila y Xenopus. Estos orgánulos están invariablemente asociados con los genes de histonas en el cromosoma 2. El HLB y los OCs encuentran cerca uno del otro. Los HLBs se caracterizan por la presencia de factores implicados en el procesamiento de pre-ARNm de histonas como U7 snRNPs, SLBP, FLASH, NELF, symplekin.

Esto es mediado por la snRNP U7 y varios otros factores. En Drosophila, hay una sola CB y HLB en los núcleos celulares enfermera. En ellas se muestran las characteristicHLBmarkers como el snRNP U7, pero también se tiñen para coilin tan destacado como CBs.


El papel emergente de largo RNAs nucleares acumuladas en la expresión génica

Durante la caracterización imparcial del genoma de mamíferos utilizando métodos tales como el ARN de secuenciación, análisis de transcriptoma conjunto y suelo de baldosas arrays, se ha estimado que más de 50% del genoma humano se transcribe y una gran parte de estas transcripciones no codifican para proteínas . Estas fracciones de ARN se denomina ARN no codificante (ncRNAs).

La expresión de algunos ncRNAs cambia drásticamente con estímulos externos o en las células cancerosas que indica que pueden desempeñar distintas funciones en la enfermedad, así como eventos fisiológicos.
Dependiendo de su origen y la función, lncRNAs se pueden colocar en una o más de las categorías amplias: sentido, antisentido, intronic bidireccional o intergénica.

Estudios recientes indican que una ncRNA, RepA, que es una repetición corta en el locus Xist, se une directamente a PRC2 en pre-XCI células y recluta a Xi. El transcrito antisentido de Xist, Tsix expresa en el futuro activo cromosoma X (Xa) y silencia la expresión Xist en cis. Evidencias recientes sugieren roles funcionales de lncRNAs en la regulación de la impronta genómica también, mejor demostrado por Kcnq1ot1 y aire que se asignan a la KCNQ1 y grupos IGF2R impresos de genes, respectivamente.
Un gran grupo de nrRNAs largos se ha identificado que son transcritos de regiones reguladoras de las unidades de transcripción y sugerido para influir en la transcripción directamente, ya sea actuando como co-activadores o supresores.

La expresión de Anril es inhibida por insultos oncogénicos o durante el envejecimiento, activando así la expresión de la agrupación de genes p15. MALAT1, que está enriquecido en manchas nucleares y sobre-expresado en diversos carcinomas, recientemente se ha demostrado estar involucrados en regulación post-transcripcional de la expresión génica. MALAT1 influye en la distribución de factores de empalme en las manchas nucleares.
NEAT1 es otro lncRNA, que sirve como un componente estructural clave de paraspeckles (figura 2c). El agotamiento de NEAT1 resulta en la interrupción de paraspeckles, y estable en la expresión de NEAT1 conduce a un aumento en paraspeckle número.

El choque térmico inducido HSR-onrRNAs en Drosophila se localizan en determinados compartimentos subnuclear, o-motas junto con diversos hnRNPs y sugerido que desempeñar el papel de una molécula de organizador mediante la regulación de la distribución intranuclear de hnRNPs. Se ha propuesto que Gomafu representa un componente de células typespecific de la matriz nuclear. Del mismo modo, una nueva clase recientemente descrita de GAA tripletrepeat enriquecido ncRNAs; GRC-RNAs a localizar focos puntiforme en numerosos núcleos en interfase de mamífero y se han implicado a ser los componentes de la matriz nuclear.


Funciones nucleares

El núcleo presenta un alto grado de organización espacial con funciones definidas. No sólo representa un repositorio de información hereditaria pero también controlan la expresión génica y media en la replicación del ADN durante el ciclo celular.
El núcleo proporciona un sitio para la transcripción genética que se separa de la ubicación de la traducción en el citoplasma, permitiendo que los niveles de regulación de genes que no están disponibles para los procariotas.

Organización de la replicación del ADN

Duplicación del ADN cromosómico es un proceso altamente coordinado, que es temporal y espacialmente regulados. El complejo pre-replicativa (preRC), que consta de orcos, Cdc6, Cdt1 y Mcm2-7 se forma en los orígenes de replicación durante la telofase de todo G1, concesión de licencias para el inicio de los orígenes de replicación.

En células de mamíferos, los estudios de replicación usando ensayos de BrdU incorporación revelan que inicio la replicación del ADN en 100-1000 focos discretos llamados como focos de replicación. Replicación en sitios discretos como una unidad también ayuda a los replicones para responder coordinadamente a un esfuerzo de replicación o daño en el ADN.

Durante la fase S, la replicación del ADN del genoma de ancho acompaña el re ensamblaje de la cromatina. A medida que el tenedor de replicación avanza, los nucleosomas pre-existentes situadas por delante del tenedor se interrumpen en H2A-H2B dímeros y un tetrámero H3-H4, que es facilitado por el ATP enzimas dependientes de remodelación de la cromatina y acompañantes que actúan como aceptores de histonas.

Compartimentación celular

La NE ayuda en la separación del contenido citoplásmico a partir del contenido nuclear. Esto es importante para el control de procesos en cada lado de la membrana nuclear. En algunos casos en que un proceso citoplásmico necesita ser restringido, un participante clave se elimina al núcleo, donde interacciona con los factores de transcripción para regular a la baja la producción de ciertas enzimas en la vía.

La compartimentación también permite a la célula para evitar la traducción del ARNm empalmado. Eucariota pre-ARNm contiene intrones que deben ser retirados antes de ser traducidos para producir proteínas funcionales.

Dinámica y regulación: el transporte nuclear

La APN fuertemente regula la exportación e importación de macromoléculas como el ARN y las proteínas.
Estas proteínas se unen específicamente a las señales de localización nuclear / señales de exportación nuclear de sus respectivas proteínas de carga durante el transporte.

La expresión de genes

En el núcleo de la célula de mamífero, la transcripción se produce en un gran número de sitios discretos o focos, que forma funcionales compartimientos nucleares que están espacialmente estructurada en el compartimento interchromatin.

Cromosomas Eucarióticos

Los cromosomas son las estructuras de nucleoproteína que llevan la información genética.
En eucariotas se encuentran en el núcleo de la célula.

Cromosomas

El genoma eucariota consta de complejos de ADN / proteína llamadas cromosomas. A pesar de la compactación del ADN con proteínas, secuencias de genes integrados dentro de los cromosomas todavía debe estar disponible para la transcripción por ARN.
Los cromosomas tienen dos funciones principales: a asegurar que el ADN se segrega igualmente a núcleos hijos en la división celular, y para asegurar que la integridad del genoma se mantiene y replica con precisión en cada ciclo celular. Los elementos responsables de estas funciones son centrómeros, telómeros y orígenes de replicación, respectivamente.

Cromosoma tamaño y cariotipos
El tamaño del genoma en eucariotas varía ampliamente, desde las de las levaduras a los de los vertebrados.
Los genomas de algunas plantas son enormes. De manera similar, el tamaño y el número de cromosomas en una especie en particular - el cariotipo - varía ampliamente. Por ejemplo, las especies de ciervo estrechamente relacionados con el muntjac chino y el indio muntjac tienen un tamaño de genoma similar, pero la primera tiene 23 pares de cromosomas y el segundo sólo tres pares de tamaño chromosomes.Aminimum muy grande se requiere para un cromosoma eucariota estable. Cromosomas artificiales de levadura pequeñas (YAC), basado en Saccharomyces cerevisiae, se estabilizan por la presencia de ADN adicional entre el centrómero y el telómero.

Se ha sugerido que el brazo más largo de cromosoma no debe ser más largo que la mitad de la longitud de
el eje del husillo en telofase .. El cariotipo humano está formado por 22 pares de autosomas y los cromosomas sexuales XX o XY.

Cada cromosoma humano contiene un promedio de 100 millones de pares de bases de ADN. Las aberraciones del cromosoma número (aneuploidía) son resultado de errores en la segregación cromosómica. La presencia de una sola copia (monosomía) de cualquier autosoma generalmente no es compatible con la supervivencia de los seres humanos. Por otra parte, la trisomía (una copia adicional de un cromosoma) de los cromosomas 21 (síndrome de Down), 18 y 13 se encuentran en nacimientos vivos en los seres humanos.
Anormalidades se presume que existe desde el aumento de la dosificación de genes transportados en estos cromosomas. Los tres cromosomas implicados en las trisomías viables tienen densidades muy bajas de genes.

Bajo ciertas condiciones y siguiendo una diversidad de tratamientos químicos, los cromosomas se pueden ver a ser anillados bajo el microscopio de luz. Cada banda cromosoma contiene aproximadamente 5-10 millones de pares de bases.

Bandas cromosómicas también se han utilizado para examinar las relaciones evolutivas entre los cariotipos de las especies estrechamente relacionadas, por ejemplo, entre los seres humanos y otros primates.

La compactación de la cromatina dentro de los cromosomas
Los cromosomas se condensan al máximo en la metafase del ciclo celular, cuando un cromosoma de mamífero típico será de alrededor de 10 000 veces más corto que si la misma longitud de ADN estuvieron presentes como una hélice simple, doble desnudo.
Embalaje de la molécula de ADN para formar el cromosoma en metafase se lleva a cabo por una serie ordenada de interacciones con proteínas. El primero, y comprendidas mejor, de ellos es la formación de nucleosomas, que compacta la hélice de ADN de 7 veces. Los nucleosomas consisten en aproximadamente 146 pares de bases de ADN envueltos alrededor de un núcleo de proteína compuesta de las histonas H2A, H2B, H3 y H4 (histonas). Las colas N-terminales de las histonas, las modificaciones de los cuales son importantes en la determinación del tipo de cromatina forma, sobresalen de la superficie del nucleosoma.

Los niveles de embalaje más allá de la fibra de 30-nm, son poco conocidos a nivel molecular y bioquímico debido a que la naturaleza jerárquica de la estructura de la cromatina hace que estas etapas difíciles de estudiar. El bucle radial / estructura del modelo y variaciones sobre lo que comúnmente favorecidos. En este modelo, la fibra de 30-nm se forma en bucles que están unidas en sus bases a una proteína nonhistone 'andamio'.

Los cromosomas en la mitosis
El nivel final de los envases cromosoma se produce como cromosomas en interfase entrar en mitosis o meiosis.
En la levadura puede haber sólo una condensación adicional de 2 veces de la cromatina, mientras que una proporción de 09:01 ha sido calculado para la compactación de los cromosomas en metafase de mamífero sobre sus contrapartes de la interfase.
El acortamiento del cromosoma se puede producir a través de un enrollamiento helicoidal del eje central de cromosoma / andamio. Contracción lateral puede dar lugar a la condensación de los bucles radial hacia el cromosoma andamio a través de plegado, torsión o de bobinado.
Las proteínas más abundantes del cromosoma andamio son ADN topoisomerasa II (topo II) y SCII, que es un miembro de theSMC (mantenimiento estable de cromosomas) de la familia.

Los cromosomas en el núcleo en interfase
Mediante el uso de hibridación in situ fluorescente (FISH) con sondas para los cromosomas individuales, se ha demostrado que cada cromosoma ocupa un dominio globular distinta. Además cada territorio cromosoma puede tener una ubicación preferida dentro del núcleo. Una consecuencia importante de esto es que las secuencias individuales de ADN dentro de un cromosoma no son libres de adoptar posiciones aleatorias dentro del núcleo, sino que están limitados en cierta medida por el comportamiento de todo el cromosoma.

Centrómeros

El centrómero es el sitio de unión al cinetocoro, la estructura en la que emana de los microtúbulos del polo del huso satisfacer el cromosoma. El centrómero es también el sitio de unión de cromátidas hermanas hasta anafase.
Centrómeros debe entonces liberar los archivos adjuntos de cromátidas hermanas y permitir que la célula continúe en la anafase. Los errores en estos procesos puede estar asociado con tumorigénesis o con defectos en el desarrollo.
En los cromosomas grandes, tales como los de los humanos, el centrómero es visible como un sitio de constricción en los cromosomas en metafase y el cinetocoro se puede observar como una estructura trilaminar en micrografías electrónicas.
Los cromosomas en que se encuentra el centrómero hacia el centro del cromosoma se denominan "metacéntrica '; aquellos en los que el centrómero se localiza hacia un extremo son' acrocéntricos ', y aquellos que carecen de un centrómero funcional son' acéntrico '.
Ocasionalmente, surgen cromosomas que parecen ser dicéntrico, es decir, tienen dos centrómeros. Si ambas de estas centrómeros funcionar esto puede llevar a errores en la segregación cromosómica, por lo general, sin embargo, en tales casos, sólo uno de los dos centrómeros es funcional, mientras que el otro se inactiva.

Los centrómeros simples de levadura en ciernes
Centrómeros de la levadura de gemación parecen ser bastante sencilla y puede ser definido por _200 pb de la secuencia específica, utilizando un ensayo para secuencias que confieren la segregación fiel en acéntricos plásmidos circulares o moléculas lineales.
Muchos centrómero específicos de unión a proteínas se han identificado en esta levadura y que se unen a los diferentes elementos del centrómero. Uno de ellos es CSE4, una proteína relacionada con la proteína histona H3 cromosómico.
Todos los centrómeros otros eucariotas analizados hasta ahora son complejos y no se define por motivos de secuencias simples.
La presencia de una forma condensada de la cromatina denominada heterocromatina parece ser central para las funciones de estos centrómeros.

Los centrómeros más complejos de la levadura de fisión
Centrómeros de levadura de fisión son 50-100 kb de longitud y consisten en repeticiones de ADN invertidas que rodean un núcleo central de secuencia único. El núcleo central tiene una estructura de la cromatina inusual y montaje de la heterocromatina en el centrómero.
Las proteínas que tienen motivos encontrados en las proteínas de heterocromatina de muchos organismos se encuentran en el centrómero y las mutaciones en estas proteínas comprometen la función centrómero.

Centrómeros en un invertebrado
Centrómeros en la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) también están integrados en la heterocromatina. Bloques de elementos transponibles se encuentran entre repeticiones de secuencias simples sobre una región de 500 kb. En este organismo, la actividad centrómero puede ser inducida experimentalmente para bajar el cromosoma a sitios que normalmente no actúan como centrómeros. Esto aboga fuertemente contra una secuencia específica de ADN corto de ser esencial para la función del centrómero en este organismo.

Centrómeros de mamíferos
El centrómero es visible como la constricción primaria en los cromosomas de mamíferos. En los seres humanos este sitio está marcado por la presencia de un tipo particular de secuencia de ADN repetidas en tándem simple, denominado el satélite alfa. Alfa-satélite de ADN es una secuencia de 170-pb repite durante muchos millones de pares de bases de ADN.
En los seres humanos, los cromosomas variantes han demostrado que la presencia de DNA satélite alfa no es ni necesaria ni suficiente para la actividad centrómero.
El estudio de las proteínas localizadas en el centrómero es esencial para la comprensión de la función del centrómero y la segregación cromosómica. Varios mamíferos centromere específicas de las proteínas han sido identificadas:

1. CENP-B. Esta proteína se une a una secuencia corta de ADN denominada caja CENP-B. Este cuadro está presente tanto en humanos y de ratón alfa-ADN satélite de menor importancia. CENP-B se une a los centrómeros activos e inactivos.
Interrupciones del gen que codifica CENP-B en el ratón, mostró que esta proteína no es esencial para la función centrómero o la viabilidad celular.
2. CENP-A. Al igual que el CSE4 proteína en la levadura de gemación, CENP-A es una variante de una histona H3-como la proteína. Está presente sólo en los centrómeros activos.
3. CENP-C. Esta es una proteína básica que está ausente de centrómeros inactivos. La deleción del gen CenpC en células de vertebrados ha demostrado que esta proteína es necesaria para la función del centrómero adecuada.
4. CENP-E. La secuencia de esta proteína sugiere que puede actuar como un motor para mover los cromosomas a lo largo de los microtúbulos del huso. Una variedad de otras proteínas concentrarse en regiones centroméricas de los centrómeros de mamífero, incluyendo la topoisomerasa IIa.
Las proteínas quinasas Mad y Bub también se encuentran en los centrómeros de mamíferos y pueden tener un papel en el control de la fijación correcta de los cromosomas al huso mitótico. Las mutaciones en el gen humano BUB1 se han encontrado en cánceres caracterizados por aneuploidía.

Los cromosomas en la meiosis

El cromosoma en la meiosis tiene varias características que lo hacen diferente en estructura y comportamiento del cromosoma mitótico. Primero, las actividades centrómero / cinetocoro durante las dos divisiones de la célula de la meiosis son bastante diferentes. En la primera (reducción) de división, los cromosomas homólogos par y un único cinetocoro se forma en cada hermana.
También la cohesión entre cromátidas hermanas no se pierde en la metafase / anafase en esta división manera que un par de cromátidas hermanas se separan en polo del huso uno y el otro par hacia el otro polo.
Proteínas especializadas están involucrados en este tipo de cohesión. En las cromátidas hermanas división siguiente ciclo son segregados de forma normal. Antes de la separación de los pares de cromosomas homólogos en la primera división meiótica, se produce la recombinación entre los cromosomas y en muchos organismos esta recombinación es obligatoria para la posterior segregación éxito cromosoma homólogo.
Este complejo es visible por microscopía electrónica y microscopía de luz por el uso de anticuerpos contra los componentes proteicos de la estructura.

Los telómeros

Cromosomas procariotas son generalmente moléculas circulares, mientras que los eucariotas tienen cromosomas lineales. Los telómeros son las estructuras especializadas en los extremos de estas moléculas de ADN lineales. 'Hide' telómeros los extremos del cromosoma de los mecanismos dentro de la célula que el daño del ADN monitor. También son necesarios para superar el problema de la replicación final.
Síntesis replicativa de ADN se prepara a partir de un cebador de ARN que se elimina posteriormente. En el extremo
Extremo 3 'de una cadena de ADN lineal que se copia mediante la síntesis capítulo menos, la eliminación del cebador de ARN y la ligación de los fragmentos de Okazaki deja un hueco en el extremo de la hebra de nuevo. Debido a que este está en el extremo de la molécula de ADN / cromosoma no hay ninguna plantilla de ADN más allá de la cual esta para cebar la síntesis de ADN a través de este hueco.

Secuencias teloméricas de ADN
La mayoría de los eucariotas superar el problema de replicación de extremo con una enzima llamada telomerasa (una ribonucleoproteína) que utiliza su propio molde de ARN para añadir en repeticiones simples a los extremos 3 'de los cromosomas, alargando ellos. Polimerasas convencionales de ADN puede utilizar esta cadena de ADN extendida como una plantilla en la que para sintetizar la cadena complementaria. La secuencia de los telómeros añadido es muy similar en una amplia variedad de eucariotas. En los mamíferos se TTAGGG. Grandes extensiones de los telómeros repeticiones similares se encuentran en los extremos de los cromosomas. Los telómeros de Drosophila melanogaster son inusuales en las secuencias repetitivas móviles (no-repetición terminal larga (LTR) retroposones) se encuentran en los extremos de los cromosomas en lugar de repeticiones en tándem de TTAGGG.

La telomerasa
La actividad telomerasa es el más alto en las células de la línea germinal. Las células somáticas tienen poca telomerasa y tienen telómeros más cortos que las células de la línea germinal. Se estima que el 50-200 pb de ADN se pierde desde el extremo del cromosoma por división celular en ausencia de actividad de la telomerasa. La longitud del telómero también disminuye con la edad y esto ha llevado a la especulación de que el acortamiento de los telómeros puede jugar algún papel en el envejecimiento. De hecho, en el síndrome humano de envejecimiento prematuro telómeros son demasiado breves.
El gen que codifica el componente ARN de la telomerasa se ha suprimido en ratones. Estos ratones han acortado los telómeros, perdiendo _5 kb por generación, pero no envejecen prematuramente, y en las primeras generaciones son fértiles. Por la cuarta generación de los ratones comienzan a mostrar anomalías cromosómicas como la aneuploidía y fusiones cromosoma y por la sexta generación que son incapaces de completar con éxito la espermatogénesis y la capacidad proliferativa de órganos tales como el testículo, la médula ósea y el bazo se vea comprometida.

Limitación de los telómeros
Los extremos de las moléculas de ADN rotas son 'pegajosas' y tienden a fusionarse. Una de las tareas de los telómeros es 'camuflar' los extremos naturales de las moléculas lineales de ADN cromosómico a partir de los mecanismos celulares que controlan de lesiones del ADN y también para detener los extremos de los cromosomas de fusión real junto
Estas proteínas se unen a los telómeros y así secuestrar lejos de los extremos de ADN lineal y regular la longitud del telómero a través de la retroalimentación de la enzima telomerasa.

Senescencia y la transformación
Acortamiento de los telómeros en las células somáticas y la relación entre la longitud de los telómeros y la capacidad proliferativa de las células sugieren que la longitud de los telómeros puede jugar un papel en la senescencia celular.
Acortamiento de los telómeros también puede ser un mecanismo supresor de tumor, limitando el potencial de las células transformadas para dividir, al menos en los seres humanos.
La expresión errónea de la telomerasa es suficiente para extender la vida celular más allá del punto normal a la senescencia de las células primarias y para inmortalizar.

Orígenes de replicación

El proceso de replicación del ADN debe asegurarse de que todo el ADN cromosómico se replica una vez, pero sólo una vez, en cada ciclo celular. Orígenes de replicación son los lugares donde se inicia la replicación del ADN en los cromosomas bidireccional.
Ellos están espaciados a intervalos a lo largo de los cromosomas eucarióticos y así dividir el genoma en dominios llamados replicones. La velocidad a la que puede copiar ADN polimerasas de ADN significa que la actividad de _1500 orígenes se necesita en un cromosoma humano promedio si la replicación del ADN tiene que ser completada dentro de la S (síntesis) de fase del ciclo celular. Parece que hay muchos orígenes más potenciales en el cromosoma que se necesitan normalmente, o que se utilizan realmente en cualquier momento.
La síntesis de ADN no comienza en todos los orígenes al mismo tiempo. Algunas regiones de los cromosomas se replican temprano en la fase S, mientras que la replicación de otros se retrasa hasta que las etapas posteriores. Estas regiones se encuentran agrupados en el genoma humano y se corresponden con las bandas cromosómicas. Los tipos de bandas de los cromosomas que se denominan R bandas replicar su ADN en la fase S temprana. Otras áreas del cromosoma no empiezan a replicar su ADN hasta mucho más tarde en la fase S. El tiempo de duplicación de un cromosoma entero puede cambiar en circunstancias especiales. Por ejemplo, la inactivación de un cromosoma X en las células somáticas de los mamíferos hembras se acompaña de replicación tardía de este cromosoma en comparación con su contraparte activa en las mismas células.
La finalización de la fase S suele ir acompañada de la mitosis, lo que garantiza que la replicación del ADN no puede comenzar hasta después de la división celular y la mitosis que no puede comenzar hasta que la síntesis se ha completado.

Cromosomas Artificiales

La capacidad para formar cromosomas artificiales es un requisito previo importante para entender la biología cromosoma y para explotar plenamente el potencial de manipulación genética dentro de un organismo. Puesto que los elementos esenciales de un cromosoma han sido definidos por los elementos pequeños de ADN en S. cerevisiae ha sido posible crear cromosomas artificiales de levadura (YAC).
Estos han demostrado ser valiosos vectores de clonación para grandes fragmentos de ADN. En la mayoría de otros eucariotas tales cromosomas artificiales simples y fácilmente manipulable no se han producido.
Una meta importante y destacado por muchos años ha sido la creación de un cromosoma artificial de mamíferos (MAC). Recientemente, esto se ha logrado parcialmente. La función de esta última no está claro, ya que puede proporcionar los orígenes de replicación o simplemente actuar como un relleno para dar el mayor cromosomas.
Esta mezcla de moléculas de ADN se introdujo en las células humanas, y en algunas células de funcionamiento y minichromosomes estables fueron generados por eventos de ligación dentro de la célula. En el segundo enfoque, la alfa-satélite de ADN y secuencias del telómero se unieron covalentemente a otra, en un YAC y este YAC se introdujo entonces en las células humanas.
Como el descubrimiento de la secuencia del genoma humano acerca a la terminación hay un foco creciente distancia de la consideración de secuencias de genes en el aislamiento y hacia pensar sobre los genes y función de los genes en el contexto de cromosomas completos. En particular, el cromosoma y su estructura puede tener un papel importante en el suministro de los entornos adecuados para la expresión correcta de genes durante el desarrollo.