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.