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Cinetocoro

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

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

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

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

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

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

Estructura del cinetocoro en animales

El cinetocoro está compuesto de distintas capas, que se observaron inicialmente por métodos convencionales de fijación y teñido de microscopía electrónica[4][5]​ (revisado por C. Rieder en 1982[6]​), y más recientemente por congelación rápida y sustitución.[7]

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

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

Durante mitosis, cada una de las dos cromátidas hermanas que forman el cromosoma completo presenta su propio cinetocoro. Los cinetocoros hermanos distintos se observan por primera vez al final de la fase G2 en células cultivadas de mamíferos.[8]​ Estos cinetocoros tempranos presentan una estructura laminar madura antes de la ruptura de la envoltura nuclear (revisado por Pluta y colaboradores en 1995[9]​). La ruta molecular del ensamblaje de los cinetocoros de los eucariotas superiores se ha estudiado utilizando knockouts de genes en ratones y en células de pollo en cultivo, así como técnicas de ARN interferente (RNAi) en C. elegans, Drosophila y células humanas. Sin embargo, ninguna ruta lineal simple puede describir los datos obtenidos.

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

La primera proteína que se ensambla en el cinetocoro es CENP-A (Cse4 en Saccharomyces cerevisiae). Esta proteína es una isoforma especializada de la histona H3.[10]​ CENP-A es necesaria para la incorporación de las proteínas del cinetocoro interno CENP-C, CENP-H y CENP-I/MIS6.[11][12][13][14][15]​ Las posiciones relativas de estas proteínas en la ruta dependiente de CENP-A no están completamente claras. Por ejemplo, la localización de CENP-C requiere CENP-H en células de pollo, pero es independiente de CENP-I/MIS6 en células humanas. En C. elegans y en metazoos, la incorporación de muchas proteínas del cinetocoro externo depende en último término de CENP-A.

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

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

  • Las proteínas que permanecen en niveles prácticamente estables desde profase hasta anafase tardía incluyen los componentes constitutivos de la placa interna y los componentes estables del cinetocoro externo, tales como el complejo Ndc80,[16][17]​ las proteínas KNL/KBP (kinetochore-null/KNL-binding protein),[18]​ proteínas MIS[18]​ y CENP-F.[19][20]​ Conjuntamente con los componentes constitutivos, estas proteínas parecen formar el núcleo central de las estructuras de las placas interna y externa del cinetocoro.
  • Los componentes dinámicos cuya concentración en los cinetocoros cambia durante mitosis incluyen los motores moleculares CENP-E y dineína (además de sus componentes diana ZW10 y ROD), y las proteínas del checkpoint de mitosis (como Mad1, Mad2, BubR1 y Cdc20). Estas proteínas se ensamblan en el cinetocoro en altas concentraciones en ausencia de microtúbulos y su concentración disminuye a medida que aumenta el número de microtúbulos anclados al cinetocoro.[21]​ En metafase, los niveles de CENP-E, Bub3 y Bub1 disminuyen de 3 a 4 veces con relación a los presentes en cinetocoros no anclados, mientras que los niveles de dineína/dinactina, Mad1, Mad2 y BubR1 caen >10-100 veces.[21][22][23][24]
  • Mientras que las proteínas del checkpoint de mitosis presentes en la placa externa del cinetocoro disminuyen su concentración cuando los MT se anclan,[24]​ otros componentes como EB1, APC y las proteínas de la ruta Ran (RanGap1 y RanBP2) se asocian con los cinetocoros solo cuando los microtúbulos se anclan.[25][26][27][28]​ Esto podría ser parte de un mecanismo en el cinetocoro que reconoce el extremo (+) de los MT, asegura que están anclados correctamente y regula su comportamiento dinámico mientras permanecen anclados.

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

Función de los cinetocoros

El número de microtúbulos que se unen a un cinetocoro es variable: en Saccharomyces cerevisiae se une al cinetocoro tan solo un microtúbulo, mientras que en mamíferos superiores a cada cinetocoro se unen entre 15 y 35 microtúbulos.[30]​ Sin embargo, no todos los microtúbulos del huso alcanzan los cinetocoros. Hay microtúbulos que se extienden desde un centrosoma al otro (de los que depende la longitud del huso) y otros más cortos que están interdigitados entre los microtúbulos largos. El profesor B. Nicklas, en la Universidad de Carolina del Norte, demostró que si se rompe la unión entre los microtúbulos y los cinetocoros mediante un rayo láser, las cromátidas no pueden moverse, produciéndose una distribución anormal de los cromosomas.[31]​ Estos experimentos demostraron también que el cinetocoro tiene polaridad y que su interacción con los microtúbulos de uno u otro centrosoma dependerá de su orientación. Esta especificidad garantiza que solamente una de las cromátidas se mueva hacia cada lado del huso, asegurando la distribución adecuada del material genético. Una de las funciones básicas del cinetocoro es, por tanto, el anclaje a los microtúbulos del huso, que es fundamental para realizar una correcta segregación de cromátidas. Si el anclaje se produce de forma incorrecta, se pueden producir errores que generen situaciones de aneuploidía, con drásticas consecuencias para la célula. Para evitarlo, existen mecanismos de detección y corrección de errores (como el checkpoint de mitosis), cuyos componentes también residen en los cinetocoros. El desplazamiento de una cromátida hacia el centrosoma se produce fundamentalmente por despolimerización de los microtúbulos en el sitio de unión con el cinetocoro. Dichos desplazamientos precisan además la generación de fuerzas en las que intervienen motores moleculares localizados asimismo en los cinetocoros.

Anclaje de los cromosomas a los MT del huso mitótico

Captura de MT

 
Los cromosomas se enganchan al huso mitótico a través de los cinetocoros de ambas cromátidas hermanas, en una orientación bipolar.

Durante la fase de síntesis (fase S) del ciclo celular, el centrosoma comienza a duplicarse. Justo al inicio de mitosis, ambos centriolos de cada centrosoma alcanzan su longitud máxima, los centrosomas reclutan material adicional y su capacidad de nucleación de microtúbulos aumenta. A medida que progresa la mitosis, ambos centrosomas se separan para establecer el huso mitótico.[32]​ De esta forma, el huso de una célula mitótica tiene dos polos que emanan microtúbulos. Los microtúbulos son largos filamentos proteicos con dos extremos asimétricos, un extremo "menos" (-) relativamente estable cercano al centrosoma, y un extremo "más" (+) que sufre fases alternadas de crecimiento-retroceso y que explora el centro celular. En este proceso de búsqueda, un microtúbulo puede localizar y capturar un cromosoma.[33][34]​ Los microtúbulos que localizan un cinetocoro se estabilizan, mientras que aquellos que no lo encuentran se despolimerizan rápidamente.[35]​ Como los cromosomas presentan dos cinetocoros asociados espalda-con-espalda (uno en cada cromátida hermana), cuando uno de ellos se engancha a los microtúbulos generado por uno de los polos celulares, el cinetocoro de la cromátida hermana queda expuesto hacia el otro polo celular, por lo que en la mayor parte de los casos el segundo cinetocoro se asocia a los microtúbulos del polo opuesto,[36]​ de manera que los cromosomas quedan « bi-orientados», una configuración fundamental (también denominada anfitélica) para asegurar que la segregación tendrá lugar de manera correcta cuando la célula se divida.[37][38]

 

En el momento en que un solo microtúbulo se ancla a un cinetocoro, se inicia un rápido movimiento del cromosoma asociado en dirección al polo del que procede dicho microtúbulo. Este movimiento está probablemente mediado por la actividad motora dirigida hacia el extremo (-) de la proteína motora dineína citoplásmica,[39][40]​ que se encuentra muy concentrada en los cinetocoros sin anclar (revisado por Banks y Heald en 2001[41]​). El movimiento hacia el polo se ralentiza a medida que los cinetocoros adquieren kMT (MT anclados a cinetocoros) y el movimiento pasa a ser dirigido por cambios en la longitud de los kMT. La dineína se libera de los cinetocoros a medida que éstos adquieren kMT[21]​ y, en células en cultivo de mamíferos, es necesaria para la inactivación del checkpoint de mitosis, pero no para el alineamiento cromosómico en el ecuador del huso, la adquisición de kMT o la anafase A durante la segregación cromosómica.[42]​ En plantas superiores o en levaduras no hay evidencia de existencia de dineína, pero otras kinesinas dirigidas hacia el extremo (-) podrían compensar la falta de dineína.

 
Células en metafase con niveles bajos de CENP-E mediante RNAi, que muestran cromosomas no alineados en la placa metafásica (flechas). Estos cromosomas presentan marcaje para las proteínas del checkpoint de mitosis Mad1/Mad2. Hec1 y CENP-B marcan la región centromérica (el cinetocoro), y DAPI es una tinción específica para el ADN.

Otra proteína motora implicada en la captación inicial de MT es CENP-E; ésta es una kinesina de gran tamaño que se asocia con la corona fibrosa de los cinetocoros de mamíferos desde prometafase hasta anafase.[43]​ En células con niveles bajos de CENP-E, los cromosomas carecen de esta proteína en sus cinetocoros, que a menudo presentan defectos en su capacidad de alinearse. En este caso, algunos cromosomas permanecen crónicamente mono-orientados (anclados a un único polo), incluso aunque la mayoría se congreguen correctamente en la placa metafásica.[44]

En general se acepta ampliamente que la fibra de kMT (el haz de microtúbulos unidos al cinetocoro) se forma originalmente por la captura de MT que se polimerizaron en los centrosomas y polos del huso en células de mamíferos en cultivo.[33]​ Sin embargo, la polimerización de MT directamente en los cinetocoros podría también contribuir de forma importante.[45]​ La forma en la cual la región del cinetocoro/centrómero inicia la formación de fibras de kMT y con qué frecuencia ocurre son cuestiones importantes, dado que este mecanismo puede contribuir no solo a la formación inicial de kMT, sino también a cómo los cinetocoros corrigen errores en el anclaje de MT y regulan el movimiento a lo largo de los kMT.

Papel del complejo Ndc80

Los MT asociados a cinetocoros presentan unas características especiales: en comparación a los MT no anclados, los kMT son mucho más resistentes a la despolimerización inducida por el frío, las altas presiones hidrostáticas o la exposición al calcio.[46]​ Además, los kMT se reciclan mucho más despacio que los MT astrales y los MT del huso que tienen extremos (+) libres, y si los kMT se separan de los cinetocoros mediante rayo láser, se despolimerizan rápidamente.[31]

Una vez establecido que dineína y CENP-E no son esenciales para la formación de los kMT, las moléculas responsables de la estabilización de éstos debían de ser otras. Estudios genéticos pioneros en levaduras revelaron la importancia del complejo Ndc80 en el anclaje de los kMT.[16][47][48][49]​ En Saccharomyces cerevisiae, el complejo Ndc80 tiene cuatro componentes: Ndc80p, Nuf2p, Spc24p y Spc25p. Los mutantes que carecen de alguno de los componentes de este complejo presentan pérdida de la conexión cinetocoro-microtúbulo sin mostrar una pérdida completa de la estructura del cinetocoro.[16][47]​ Sin embargo, los mutantes en los que se ha perdido la estructura del cinetocoro (como los mutantes para Ndc10 en levaduras[50]​) presentan deficiencias tanto en la conexión con los microtúbulos como en la capacidad de respuesta del checkpoint de mitosis, posiblemente porque los cinetocoros funcionan como una plataforma en la que se organizan los componentes de la respuesta.

El complejo Ndc80 está muy conservado y se ha identificado en S. pombe, C. elegans, Xenopus, pollos y humanos.[16][47][51][52][17][53][54]​ Estudios realizados con Hec1 (por highly expressed in cancer cells 1), el homólogo de Ndc80p en humanos, han mostrado que es importante para la correcta congregación cromosómica y la progresión a través de mitosis, y que interacciona con componentes de los complejos de cohesinas y condensinas.[55]

Diferentes laboratorios han mostrado que el complejo Ndc80 es crucial para la estabilización de los anclajes cinetocoro-microtúbulo, necesarios para mantener las tensiones centroméricas implicadas en el establecimiento del alineamiento cromosómico correcto en eucariotas superiores.[52][17][53][54]​ Las células en las que se ha eliminado la función de Ndc80 (mediante RNAi, knockout de genes, o microinyección de anticuerpos) tienen husos mitóticos anormalmente largos, pérdida de tensión entre cinetocoros hermanos, cromosomas que no pueden congregarse en la placa metafásica y pocos o ningún kMT asociados.

Aunque existe alguna evidencia in vitro de que heterodímeros Ndc80p-Nuf2p pueden unirse a microtúbulos,[56]​ no está claro que in vivo la conexión entre el complejo Ndc80 y los MT sea directa. En levaduras, esta conexión requiere la presencia del complejo Dam1-DASH-DDD. Algunos miembros de este complejo se unen directamente a los MT, mientras que otros se unen al complejo Ndc80.[48][49][57]​ Por tanto, el complejo Dam1-DASH-DDD podría ser un adaptador esencial entre los cinetocoros y los microtúbulos. Sin embargo, en animales no se ha encontrado un complejo equivalente, y esta cuestión permanece bajo intensa investigación.

Verificación de los anclajes al huso

Cuando una célula entra en mitosis, duplica toda su información genética, en el proceso denominado replicación del ADN. Al final de este proceso, cada cromosoma consta de dos cromátidas hermanas, que son dos moléculas de ADN completas e idénticas. Ambas cromátidas permanecen unidas mediante complejos cohesinas hasta anafase, cuando se produce la segregación cromosómica. Para que ésta se produzca correctamente, cada célula hija debe recibir un juego completo de cromátidas, lo cual quiere decir que cada cromátida hermana (a través de su cinetocoro) debe anclarse a MT procedentes de polos opuestos del huso mitótico. Esta configuración se denomina anfitélica o "bi-orientación".

Sin embargo, durante el proceso de anclaje se producen también configuraciones incorrectas:[58]

 
Esquema de las diferentes configuraciones de anclaje de los cromosomas al huso mitótico.[2]
  • monotélica: solo una de las dos cromátidas se ancla a MT, el segundo cinetocoro no se ancla; por tanto, no se genera tensión centromérica, con lo cual se activa el checkpoint de mitosis, que retrasa la entrada en anafase y da tiempo a la célula a corregir el error. Si no se corrigiera, la cromátida no anclada podría incluirse al azar en cualquiera de las dos células hijas, lo que generaría aneuploidía: una célula hija tendría cromosomas de más y la otra carecería de algún cromosoma.
  • sintélica: las dos cromátidas hermanas se anclan a MT que proceden del mismo polo; esta situación tampoco genera tensión centromérica, con lo cual se activa el checkpoint de mitosis. Si no se corrige, ambas cromátidas se dirigirán a la misma célula hija, generando una situación de aneuploidía.
  • merotélica: al menos una cromátida se ancla simultáneamente a MT generados por ambos polos. Esta situación genera tensión centromérica, por lo que no activa el checkpoint de mitosis. Si no se corrige, la cromátida unida a ambos polos simultáneamente permanecerá como un cromosoma retrasado en anafase, y finalmente se romperá en dos fragmentos, que se repartirán entre las células hijas, generando aneuploidía.

Tanto la configuración monotélica como la sintélica generan tensión centromérica y son detectadas por el checkpoint de mitosis, pero la configuración merotélica no se detecta por este mecanismo de control. Sin embargo, la mayor parte de estos errores son detectados y corregidos antes de que la célula entre en anafase.[58]​ Un factor clave en la corrección de los errores de anclaje es el complejo pasajero de los cromosomas (chromosomal passenger complex), que incluye la proteína kinasa Aurora B, su diana y subunidad activadora INCENP y otras dos subunidades, Survivina y Borealina/Dasra B (véase la revisión de Adams y colaboradores en 2001[59]​). En células en las que se ha eliminado la función de este complejo mediante mutantes dominantes-negativos, RNAi, microinyección de anticuerpos o utilización de drogas selectivas, se acumulan errores en el anclaje de los cromosomas. Muchos estudios han mostrado que Aurora B es necesaria para desestabilizar los anclajes cinetocoro-microtúbulo incorrectas, de manera que se favorezca la generación de conexiones anfitélicas. El homólogo de Aurora B en levaduras (Ipl1p) fosforila algunas proteínas del cinetocoro, como la proteína constitutiva Ndc10p y miembros de los complejos Ndc80 y Dam1-DASH-DDD.[60]​ La fosforilación de los componentes del complejo Ndc80 produce la desestabilización de los anclajes de los kMT. Se ha propuesto que la localización de Aurora B es importante para su función: al encontrarse en la zona interna del cinetocoro (en la heterocromatina centromérica), cuando se establece tensión centromérica los cinetocoros hermanos se alejan, y Aurora B no puede alcanzar sus sustratos, de manera que los kMT se estabilizan. Es interesante notar que Aurora B se encuentra sobreexpresada frecuentemente en varios tipos de tumores y es en la actualidad una diana para el desarrollo de drogas anticancerosas.[61]

Activación del checkpoint de mitosis

El mecanismo que detecta que se ha formado correctamente un huso mitótico, que todos los cromosomas están asociados a dicho huso de manera bipolar, y que todos ellos se encuentran alineados en la placa metafásica es el denominado checkpoint de mitosis o también punto de control del ensamblaje del huso, abreviado SAC por sus siglas en inglés (Spindle Assembly Checkpoint). Cuando alguno de los cromosomas, por alguna razón, se retrasa durante el proceso de alineamiento, esta maquinaria produce una parada temporal de la progresión en el ciclo celular: la célula se detiene, dando tiempo a los mecanismos de reparación a resolver el problema detectado. Si pasado un tiempo, el problema no se ha corregido, la célula será abocada a un proceso de muerte celular, un mecanismo de seguridad para evitar que se produzca una situación de aneuploidía, generalmente con consecuencias graves para el organismo.

Mientras que las proteínas centroméricas estructurales (como CENP-B), mantienen una localización estable a lo largo de toda la mitosis, incluida telofase, los componentes del checkpoint de mitosis se ensamblan en el cinetocoro en altas concentraciones en ausencia de microtúbulos y su concentración disminuye a medida que aumenta el número de microtúbulos anclados al cinetocoro.[21]​ En metafase, los niveles de CENP-E, Bub3 y Bub1 disminuyen de 3 a 4 veces con relación a los presentes en cinetocoros no anclados, mientras que los niveles de dineína/dinactina, Mad1, Mad2 y BubR1 caen >10-100 veces.[21][22][23][24]​ Por tanto en metafase, cuando todos los cromosomas están congregados en la placa metafásica, se liberan las proteínas del checkpoint. La desaparición de las proteínas del checkpoint de los cinetocoros marca el momento en que los cromosomas han alcanzado la placa metafásica y se encuentran en tensión bipolar. Es entonces cuando las proteínas del checkpoint que se unen e inhiben Cdc20 (Mad1-Mad2 y BubR1), lo liberan, permitiendo la activación del APC/CCdc20, que dispara la separación de las cromátidas hermanas y consecuentemente el inicio de la anafase.

Varios estudios indican que el complejo Ndc80 interviene en la regulación de la asociación estable de Mad1-Mad2 y dineína con los cinetocoros.[17][53][54]​ Sin embargo, las proteínas asociadas con el cinetocoro CENP-A, CENP-C, CENP-E, CENP-H y BubR1 son independientes de Ndc80/Hec1. La prolongada parada en prometafase que se observa en células con niveles reducidos de Ndc80/Hec1 depende de Mad2, a pesar del hecho de que en estas células muestran niveles de Mad1, Mad2 y dineína en sus cinetocoros que son menores del 10-15% a los observados en cinetocoros no anclados. Sin embargo, si además de Ndc80/Hec1 se disminuyen los niveles de Nuf2, Mad1 y Mad2 desaparecen completamente de los cinetocoros y el checkpoint se inactiva.[62]

Las proteínas denominadas Shugoshinas (MEI-S332 en Drosophila melanogaster[63]​) son un tipo de proteínas asociadas con los centrómeros que son esenciales para mantener las cohesinas unidas a los centrómeros hasta anafase. La proteína homóloga en humanos, hsSgo1, se asocia con los centrómeros durante profase y desaparece al inicio de la anafase.[64]​ Cuando se disminuyen los niveles de Shugoshina mediante RNAi en células HeLa, las cohesinas no se pueden mantener en los centrómeros durante mitosis, y en consecuencia, las cromátidas hermanas se separan asincrónicamente antes de que se inicie la anafase, lo que dispara una parada mitótica prolongada.

Por otro lado, el grupo de Dasso y colaboradores encontraron que las proteínas del sistema Ran: RanGAP1 (una proteína activadora de GTPasas que estimula la conversión de Ran-GTP en Ran-GDP) y la proteína de unión a Ran denominada RanBP2/Nup358, pueden detectarse en los cinetocoros durante mitosis.[65]​ Estas proteínas se encuentran en los poros nucleares durante interfase e intervienen en el transporte núcleo-citoplásmico. La localización cinetocórica de estas proteínas parece ser significativa funcionalmente, porque una variedad de tratamientos que elevan los niveles de Ran-GTP inhiben la liberación de las proteínas Bub1, Bub3, Mad2 y CENP-E de los cinetocoros.[66]

Curiosamente, Orc2 (una proteína del complejo de reconocimiento de origen -ORC por sus siglas en inglés- implicado en la iniciación de la replicación del ADN durante la fase S) también se localiza en los cinetocoros durante mitosis en células humanas;[67]​ en concordancia con esta localización, algunos estudios indican que Orc2 en levaduras está implicada en la cohesión de cromátidas hermanas, y su eliminación celular provoca la activación del checkpoint de mitosis.[68]​ También se ha detectado que otros componentes del complejo ORC (como orc5 en S. pombe) intervienen en cohesión.[69]​ Sin embargo, la ruta molecular en la que intervienen las proteínas ORC parece ser aditiva a la ruta de las cohesinas y se desconoce en su mayor parte.

Generación de las fuerzas que propulsan los movimientos cromosómicos

La mayor parte de los movimientos cromosómicos en relación con los polos del huso mitótico están asociadas con el alargamiento y acortamiento de los kMT. Una de las características más interesantes de los cinetocoros es su capacidad de modificar el estado de sus kMT asociados (alrededor de 20) de un estado de despolimerización de sus extremos (+) a un estado de polimerización. Esto permite a los cinetocoros de las células en prometafase mostrar "inestabilidad direccional",[70]​ variando entre fases persistentes de movimientos hacia el polo (poleward) o inversos (anti-poleward) que están acoplados con estados alternados de despolimerización y polimerización de los kMT, respectivamente. Esta bi-estabilidad de los cinetocoros parece ser parte de un mecanismo para alinear los cromosomas en el ecuador del huso sin perder la conexión mecánica entre los cinetocoros y los polos del huso. Se cree que la bi-estabilidad de los cinetocoros se basa en la inestabilidad dinámica del extremo (+) de los kMT y está controlado de forma parcial por la tensión existente en los cinetocoros. En células de mamífero en cultivo, una baja tensión en los cinetocoros promueve el cambio hacia la despolimerización de kMT, y una alta tensión promueve el cambio hacia polimerización de los kMT.[71][72]

Las proteínas del cinetocoro y proteínas que se unen a los extremos (+) de los MT (denominadas genéricamente +TIPs) regulan el movimiento del cinetocoro mediante la regulación de la dinámica de los extremos (+) de los kMT.[73]​ Sin embargo, la interfaz cinetocoro-microtúbulo es muy dinámica, y algunos de estas proteínas parecen ser componentes bona fide de ambas estructuras. Dos clases de proteínas parecen ser particularmente importantes: kinesinas que funcionan como despolimerasas, tales como las kinesinas KinI; y proteínas que se unen a extremos (+) de MT, +TIP, que promueven la polimerización, quizás antagonizando el efecto de las despolimerasas.[74]

  • Las kinesinas KinI se denominan así porque tienen un dominio motor interno, que utiliza ATP para promover la despolimerización del polímero de tubulina. En vertebrados, la kinesina KinI más importante que controla la dinámica del ensamblaje del extremo (+) es MCAK.[75]​ Sin embargo, parece que no es la única implicada.
  • Hay dos clases de +TIPs con funciones en el cinetocoro.
    • La primera incluye la proteína adenomatous polyposis coli (APC) y su proteína asociada EB1, que necesitan la presencia de MT para localizarse en los cinetocoros. Ambas son necesarias para que la segregación cromosómica ocurra correctamente.[76]​ EB1 se une solo a MT que están en fase de polimerización, lo que sugiere que favorece la estabilización de los kMT durante esta fase.
    • Un segundo grupo de +TIPs incluye proteínas que pueden localizarse en los cinetocoros incluso en ausencia de MT. En este grupo hay dos que han atraído mucho interés: CLIP-170 y sus proteínas asociadas CLASPs (CLIP-associated proteins). El papel de CLIP-170 en los cinetocoros es desconocido, pero la expresión de un mutante dominante negativo produce un retraso en prometafase,[77]​ lo que sugiere que tiene un papel activo en el alineamiento cromosómico. Las proteínas CLASPs son necesarias para el alineamiento cromosómico y el mantenimiento de un huso mitótico bipolar en Drosophila, humanos y levaduras.[78][79]

Referencias

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  3. Mitchison, T.; Kirschner, M. (1984), , Nature 312 (5991): 237-242, doi:10.1038/312237a0, archivado desde el original el 22 de junio de 2010, consultado el 11 de noviembre de 2008 .
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Véase también

  •   Datos: Q908912

cinetocoro, cinetocoro, estructura, proteica, situada, sobre, cromosomas, superiores, sobre, esta, estructura, anclan, microtúbulos, huso, mitótico, durante, procesos, división, celular, meiosis, mitosis, cinetocoro, está, localizado, zona, específica, cromoso. El cinetocoro es una estructura proteica situada sobre los cromosomas superiores Sobre esta estructura se anclan los microtubulos MT del huso mitotico durante los procesos de division celular meiosis y mitosis El cinetocoro esta localizado en una zona especifica del cromosoma el centromero En vertebrados y levaduras los cinetocoros son estructuras discretas y unicas en cada cromosoma pero existen organismos como C elegans que presentan cinetocoros difusos a lo largo de los brazos cromosomicos son los denominados cromosomas holocentricos 1 Imagen de una celula humana en mitosis en la que los microtubulos se muestran en verde formando el huso mitotico los cromosomas en azul en el ecuador del huso y los cinetocoros en rojo Los cinetocoros inician controlan y supervisan los llamativos movimientos de los cromosomas durante la division celular En cuanto a su estructura los cinetocoros de las celulas animales pueden subdividirse en dos regiones el cinetocoro interno se organiza normalmente sobre secuencias de ADN altamente repetido el ADN satelite y se ensambla en una forma especializada de cromatina que persiste a traves del ciclo celular el cinetocoro externo es una estructura proteica con muchos componentes dinamicos que se ensambla y funciona solo durante la division celular Las funciones del cinetocoro incluyen el anclaje de los cromosomas a los MT del huso mitotico la verificacion de esos anclajes la activacion del checkpoint de mitosis un mecanismo de control que retrasa la salida de mitosis si se detectan fallos y la participacion en la generacion de las fuerzas que propulsan los movimientos cromosomicos durante la division celular 2 Los microtubulos son polimeros metaestables de tubulina a y b que alternan entre fases de crecimiento y despolimerizacion un fenomeno que se conoce como inestabilidad dinamica 3 La naturaleza enormemente dinamica del comportamiento de los MT esta integrada con la funcion de los cinetocoros para mover y segregar los cromosomas Indice 1 Estructura del cinetocoro en animales 2 Funcion de los cinetocoros 2 1 Anclaje de los cromosomas a los MT del huso mitotico 2 1 1 Captura de MT 2 1 2 Papel del complejo Ndc80 2 2 Verificacion de los anclajes al huso 2 3 Activacion del checkpoint de mitosis 2 4 Generacion de las fuerzas que propulsan los movimientos cromosomicos 3 Referencias 4 Vease tambienEstructura del cinetocoro en animales EditarEl cinetocoro esta compuesto de distintas capas que se observaron inicialmente por metodos convencionales de fijacion y tenido de microscopia electronica 4 5 revisado por C Rieder en 1982 6 y mas recientemente por congelacion rapida y sustitucion 7 Estructura y componentes de los cinetocoros en vertebrados Basado en Maiato et al 2004 2 La capa mas profunda del cinetocoro es la lamina interna que se organiza sobre una estructura de cromatina que contiene nucleosomas que presentan una histona especializada CENP A que sustituye a la histona H3 en esta zona proteinas auxiliares y ADN La organizacion de este ADN es uno de los aspectos mas desconocidos del cinetocoro de vertebrados La placa interna aparece como un dominio de heterocromatina discreto a traves de todo el ciclo celular Por fuera de esta aparece la placa externa compuesta sobre todo de proteinas Esta estructura se forma en la superficie de los cromosomas en el momento de la ruptura de la envoltura nuclear 4 La placa externa de los cinetocoros de vertebrados tiene alrededor de 20 sitios de anclaje para extremos de microtubulos denominados kMT por kinetochore MT mientras que la placa externa de los cinetocoros de Saccharomyces cerevisiae tiene un solo sitio de anclaje La zona mas externa del cinetocoro forma una corona fibrosa que puede visualizarse por microscopia convencional pero solo en ausencia de MT Esta corona esta formada por una red dinamica de proteinas residentes y temporales que estan implicadas en el checkpoint de mitosis en el anclaje de MT y en la regulacion del comportamiento de estos Durante mitosis cada una de las dos cromatidas hermanas que forman el cromosoma completo presenta su propio cinetocoro Los cinetocoros hermanos distintos se observan por primera vez al final de la fase G2 en celulas cultivadas de mamiferos 8 Estos cinetocoros tempranos presentan una estructura laminar madura antes de la ruptura de la envoltura nuclear revisado por Pluta y colaboradores en 1995 9 La ruta molecular del ensamblaje de los cinetocoros de los eucariotas superiores se ha estudiado utilizando knockouts de genes en ratones y en celulas de pollo en cultivo asi como tecnicas de ARN interferente RNAi en C elegans Drosophila y celulas humanas Sin embargo ninguna ruta lineal simple puede describir los datos obtenidos Fotografias de microscopia de fluorescencia que muestran la localizacion de la proteina endogena humana Mad1 uno de los componentes del checkpoint de mitosis en verde a traves de las diferentes fases de mitosis Cenp B en rojo es un marcador del centromero y DAPI en azul tine el ADN La primera proteina que se ensambla en el cinetocoro es CENP A Cse4 en Saccharomyces cerevisiae Esta proteina es una isoforma especializada de la histona H3 10 CENP A es necesaria para la incorporacion de las proteinas del cinetocoro interno CENP C CENP H y CENP I MIS6 11 12 13 14 15 Las posiciones relativas de estas proteinas en la ruta dependiente de CENP A no estan completamente claras Por ejemplo la localizacion de CENP C requiere CENP H en celulas de pollo pero es independiente de CENP I MIS6 en celulas humanas En C elegans y en metazoos la incorporacion de muchas proteinas del cinetocoro externo depende en ultimo termino de CENP A Los componentes del cinetocoro pueden agruparse en funcion de su localizacion a traves del ciclo celular Los componentes constitutivos como CENP A CENP C CENP H y CENP I estan unidos a la cromatina asociada al cinetocoro durante todo el ciclo mientras que otros componentes solo se asocian al cinetocoro al comenzar la profase Las proteinas del cinetocoro tambien pueden agruparse en funcion de si su concentracion cinetocorica permanece constante o varia durante mitosis y si se reciclan de forma lenta son estables o rapida dinamicas en sus sitios de union en los cinetocoros Las proteinas que permanecen en niveles practicamente estables desde profase hasta anafase tardia incluyen los componentes constitutivos de la placa interna y los componentes estables del cinetocoro externo tales como el complejo Ndc80 16 17 las proteinas KNL KBP kinetochore null KNL binding protein 18 proteinas MIS 18 y CENP F 19 20 Conjuntamente con los componentes constitutivos estas proteinas parecen formar el nucleo central de las estructuras de las placas interna y externa del cinetocoro Los componentes dinamicos cuya concentracion en los cinetocoros cambia durante mitosis incluyen los motores moleculares CENP E y dineina ademas de sus componentes diana ZW10 y ROD y las proteinas del checkpoint de mitosis como Mad1 Mad2 BubR1 y Cdc20 Estas proteinas se ensamblan en el cinetocoro en altas concentraciones en ausencia de microtubulos y su concentracion disminuye a medida que aumenta el numero de microtubulos anclados al cinetocoro 21 En metafase los niveles de CENP E Bub3 y Bub1 disminuyen de 3 a 4 veces con relacion a los presentes en cinetocoros no anclados mientras que los niveles de dineina dinactina Mad1 Mad2 y BubR1 caen gt 10 100 veces 21 22 23 24 Mientras que las proteinas del checkpoint de mitosis presentes en la placa externa del cinetocoro disminuyen su concentracion cuando los MT se anclan 24 otros componentes como EB1 APC y las proteinas de la ruta Ran RanGap1 y RanBP2 se asocian con los cinetocoros solo cuando los microtubulos se anclan 25 26 27 28 Esto podria ser parte de un mecanismo en el cinetocoro que reconoce el extremo de los MT asegura que estan anclados correctamente y regula su comportamiento dinamico mientras permanecen anclados Un estudio del 2010 utiliza un metodo complejo denominado proteomica combinatoria con clasificadores multiples o MCCP por las siglas en ingles de multiclassifier combinatorial proteomics para analizar la composicion proteica de los cromosomas completos de vertebrados incluyendo el cinetocoro 29 Aunque este estudio no incluye un proceso bioquimico de enriquecimiento en cinetocoros los datos obtenidos incluyen todos los sub complejos centromericos con peptidos procedentes de 125 proteinas centromericas conocidas Segun este estudio aun se desconocen del orden de un centenar de proteinas asociadas al cinetocoro lo que dobla la complejidad de la estructura conocida durante la mitosis confirmando que el cinetocoro es una de las sub estructuras mas complejas de la celula Funcion de los cinetocoros EditarEl numero de microtubulos que se unen a un cinetocoro es variable en Saccharomyces cerevisiae se une al cinetocoro tan solo un microtubulo mientras que en mamiferos superiores a cada cinetocoro se unen entre 15 y 35 microtubulos 30 Sin embargo no todos los microtubulos del huso alcanzan los cinetocoros Hay microtubulos que se extienden desde un centrosoma al otro de los que depende la longitud del huso y otros mas cortos que estan interdigitados entre los microtubulos largos El profesor B Nicklas en la Universidad de Carolina del Norte demostro que si se rompe la union entre los microtubulos y los cinetocoros mediante un rayo laser las cromatidas no pueden moverse produciendose una distribucion anormal de los cromosomas 31 Estos experimentos demostraron tambien que el cinetocoro tiene polaridad y que su interaccion con los microtubulos de uno u otro centrosoma dependera de su orientacion Esta especificidad garantiza que solamente una de las cromatidas se mueva hacia cada lado del huso asegurando la distribucion adecuada del material genetico Una de las funciones basicas del cinetocoro es por tanto el anclaje a los microtubulos del huso que es fundamental para realizar una correcta segregacion de cromatidas Si el anclaje se produce de forma incorrecta se pueden producir errores que generen situaciones de aneuploidia con drasticas consecuencias para la celula Para evitarlo existen mecanismos de deteccion y correccion de errores como el checkpoint de mitosis cuyos componentes tambien residen en los cinetocoros El desplazamiento de una cromatida hacia el centrosoma se produce fundamentalmente por despolimerizacion de los microtubulos en el sitio de union con el cinetocoro Dichos desplazamientos precisan ademas la generacion de fuerzas en las que intervienen motores moleculares localizados asimismo en los cinetocoros Anclaje de los cromosomas a los MT del huso mitotico Editar Captura de MT Editar Los cromosomas se enganchan al huso mitotico a traves de los cinetocoros de ambas cromatidas hermanas en una orientacion bipolar Durante la fase de sintesis fase S del ciclo celular el centrosoma comienza a duplicarse Justo al inicio de mitosis ambos centriolos de cada centrosoma alcanzan su longitud maxima los centrosomas reclutan material adicional y su capacidad de nucleacion de microtubulos aumenta A medida que progresa la mitosis ambos centrosomas se separan para establecer el huso mitotico 32 De esta forma el huso de una celula mitotica tiene dos polos que emanan microtubulos Los microtubulos son largos filamentos proteicos con dos extremos asimetricos un extremo menos relativamente estable cercano al centrosoma y un extremo mas que sufre fases alternadas de crecimiento retroceso y que explora el centro celular En este proceso de busqueda un microtubulo puede localizar y capturar un cromosoma 33 34 Los microtubulos que localizan un cinetocoro se estabilizan mientras que aquellos que no lo encuentran se despolimerizan rapidamente 35 Como los cromosomas presentan dos cinetocoros asociados espalda con espalda uno en cada cromatida hermana cuando uno de ellos se engancha a los microtubulos generado por uno de los polos celulares el cinetocoro de la cromatida hermana queda expuesto hacia el otro polo celular por lo que en la mayor parte de los casos el segundo cinetocoro se asocia a los microtubulos del polo opuesto 36 de manera que los cromosomas quedan bi orientados una configuracion fundamental tambien denominada anfitelica para asegurar que la segregacion tendra lugar de manera correcta cuando la celula se divida 37 38 En el momento en que un solo microtubulo se ancla a un cinetocoro se inicia un rapido movimiento del cromosoma asociado en direccion al polo del que procede dicho microtubulo Este movimiento esta probablemente mediado por la actividad motora dirigida hacia el extremo de la proteina motora dineina citoplasmica 39 40 que se encuentra muy concentrada en los cinetocoros sin anclar revisado por Banks y Heald en 2001 41 El movimiento hacia el polo se ralentiza a medida que los cinetocoros adquieren kMT MT anclados a cinetocoros y el movimiento pasa a ser dirigido por cambios en la longitud de los kMT La dineina se libera de los cinetocoros a medida que estos adquieren kMT 21 y en celulas en cultivo de mamiferos es necesaria para la inactivacion del checkpoint de mitosis pero no para el alineamiento cromosomico en el ecuador del huso la adquisicion de kMT o la anafase A durante la segregacion cromosomica 42 En plantas superiores o en levaduras no hay evidencia de existencia de dineina pero otras kinesinas dirigidas hacia el extremo podrian compensar la falta de dineina Celulas en metafase con niveles bajos de CENP E mediante RNAi que muestran cromosomas no alineados en la placa metafasica flechas Estos cromosomas presentan marcaje para las proteinas del checkpoint de mitosis Mad1 Mad2 Hec1 y CENP B marcan la region centromerica el cinetocoro y DAPI es una tincion especifica para el ADN Otra proteina motora implicada en la captacion inicial de MT es CENP E esta es una kinesina de gran tamano que se asocia con la corona fibrosa de los cinetocoros de mamiferos desde prometafase hasta anafase 43 En celulas con niveles bajos de CENP E los cromosomas carecen de esta proteina en sus cinetocoros que a menudo presentan defectos en su capacidad de alinearse En este caso algunos cromosomas permanecen cronicamente mono orientados anclados a un unico polo incluso aunque la mayoria se congreguen correctamente en la placa metafasica 44 En general se acepta ampliamente que la fibra de kMT el haz de microtubulos unidos al cinetocoro se forma originalmente por la captura de MT que se polimerizaron en los centrosomas y polos del huso en celulas de mamiferos en cultivo 33 Sin embargo la polimerizacion de MT directamente en los cinetocoros podria tambien contribuir de forma importante 45 La forma en la cual la region del cinetocoro centromero inicia la formacion de fibras de kMT y con que frecuencia ocurre son cuestiones importantes dado que este mecanismo puede contribuir no solo a la formacion inicial de kMT sino tambien a como los cinetocoros corrigen errores en el anclaje de MT y regulan el movimiento a lo largo de los kMT Papel del complejo Ndc80 Editar Los MT asociados a cinetocoros presentan unas caracteristicas especiales en comparacion a los MT no anclados los kMT son mucho mas resistentes a la despolimerizacion inducida por el frio las altas presiones hidrostaticas o la exposicion al calcio 46 Ademas los kMT se reciclan mucho mas despacio que los MT astrales y los MT del huso que tienen extremos libres y si los kMT se separan de los cinetocoros mediante rayo laser se despolimerizan rapidamente 31 Una vez establecido que dineina y CENP E no son esenciales para la formacion de los kMT las moleculas responsables de la estabilizacion de estos debian de ser otras Estudios geneticos pioneros en levaduras revelaron la importancia del complejo Ndc80 en el anclaje de los kMT 16 47 48 49 En Saccharomyces cerevisiae el complejo Ndc80 tiene cuatro componentes Ndc80p Nuf2p Spc24p y Spc25p Los mutantes que carecen de alguno de los componentes de este complejo presentan perdida de la conexion cinetocoro microtubulo sin mostrar una perdida completa de la estructura del cinetocoro 16 47 Sin embargo los mutantes en los que se ha perdido la estructura del cinetocoro como los mutantes para Ndc10 en levaduras 50 presentan deficiencias tanto en la conexion con los microtubulos como en la capacidad de respuesta del checkpoint de mitosis posiblemente porque los cinetocoros funcionan como una plataforma en la que se organizan los componentes de la respuesta El complejo Ndc80 esta muy conservado y se ha identificado en S pombe C elegans Xenopus pollos y humanos 16 47 51 52 17 53 54 Estudios realizados con Hec1 por highly expressed in cancer cells 1 el homologo de Ndc80p en humanos han mostrado que es importante para la correcta congregacion cromosomica y la progresion a traves de mitosis y que interacciona con componentes de los complejos de cohesinas y condensinas 55 Diferentes laboratorios han mostrado que el complejo Ndc80 es crucial para la estabilizacion de los anclajes cinetocoro microtubulo necesarios para mantener las tensiones centromericas implicadas en el establecimiento del alineamiento cromosomico correcto en eucariotas superiores 52 17 53 54 Las celulas en las que se ha eliminado la funcion de Ndc80 mediante RNAi knockout de genes o microinyeccion de anticuerpos tienen husos mitoticos anormalmente largos perdida de tension entre cinetocoros hermanos cromosomas que no pueden congregarse en la placa metafasica y pocos o ningun kMT asociados Aunque existe alguna evidencia in vitro de que heterodimeros Ndc80p Nuf2p pueden unirse a microtubulos 56 no esta claro que in vivo la conexion entre el complejo Ndc80 y los MT sea directa En levaduras esta conexion requiere la presencia del complejo Dam1 DASH DDD Algunos miembros de este complejo se unen directamente a los MT mientras que otros se unen al complejo Ndc80 48 49 57 Por tanto el complejo Dam1 DASH DDD podria ser un adaptador esencial entre los cinetocoros y los microtubulos Sin embargo en animales no se ha encontrado un complejo equivalente y esta cuestion permanece bajo intensa investigacion Verificacion de los anclajes al huso Editar Cuando una celula entra en mitosis duplica toda su informacion genetica en el proceso denominado replicacion del ADN Al final de este proceso cada cromosoma consta de dos cromatidas hermanas que son dos moleculas de ADN completas e identicas Ambas cromatidas permanecen unidas mediante complejos cohesinas hasta anafase cuando se produce la segregacion cromosomica Para que esta se produzca correctamente cada celula hija debe recibir un juego completo de cromatidas lo cual quiere decir que cada cromatida hermana a traves de su cinetocoro debe anclarse a MT procedentes de polos opuestos del huso mitotico Esta configuracion se denomina anfitelica o bi orientacion Sin embargo durante el proceso de anclaje se producen tambien configuraciones incorrectas 58 Esquema de las diferentes configuraciones de anclaje de los cromosomas al huso mitotico 2 monotelica solo una de las dos cromatidas se ancla a MT el segundo cinetocoro no se ancla por tanto no se genera tension centromerica con lo cual se activa el checkpoint de mitosis que retrasa la entrada en anafase y da tiempo a la celula a corregir el error Si no se corrigiera la cromatida no anclada podria incluirse al azar en cualquiera de las dos celulas hijas lo que generaria aneuploidia una celula hija tendria cromosomas de mas y la otra careceria de algun cromosoma sintelica las dos cromatidas hermanas se anclan a MT que proceden del mismo polo esta situacion tampoco genera tension centromerica con lo cual se activa el checkpoint de mitosis Si no se corrige ambas cromatidas se dirigiran a la misma celula hija generando una situacion de aneuploidia merotelica al menos una cromatida se ancla simultaneamente a MT generados por ambos polos Esta situacion genera tension centromerica por lo que no activa el checkpoint de mitosis Si no se corrige la cromatida unida a ambos polos simultaneamente permanecera como un cromosoma retrasado en anafase y finalmente se rompera en dos fragmentos que se repartiran entre las celulas hijas generando aneuploidia Tanto la configuracion monotelica como la sintelica generan tension centromerica y son detectadas por el checkpoint de mitosis pero la configuracion merotelica no se detecta por este mecanismo de control Sin embargo la mayor parte de estos errores son detectados y corregidos antes de que la celula entre en anafase 58 Un factor clave en la correccion de los errores de anclaje es el complejo pasajero de los cromosomas chromosomal passenger complex que incluye la proteina kinasa Aurora B su diana y subunidad activadora INCENP y otras dos subunidades Survivina y Borealina Dasra B vease la revision de Adams y colaboradores en 2001 59 En celulas en las que se ha eliminado la funcion de este complejo mediante mutantes dominantes negativos RNAi microinyeccion de anticuerpos o utilizacion de drogas selectivas se acumulan errores en el anclaje de los cromosomas Muchos estudios han mostrado que Aurora B es necesaria para desestabilizar los anclajes cinetocoro microtubulo incorrectas de manera que se favorezca la generacion de conexiones anfitelicas El homologo de Aurora B en levaduras Ipl1p fosforila algunas proteinas del cinetocoro como la proteina constitutiva Ndc10p y miembros de los complejos Ndc80 y Dam1 DASH DDD 60 La fosforilacion de los componentes del complejo Ndc80 produce la desestabilizacion de los anclajes de los kMT Se ha propuesto que la localizacion de Aurora B es importante para su funcion al encontrarse en la zona interna del cinetocoro en la heterocromatina centromerica cuando se establece tension centromerica los cinetocoros hermanos se alejan y Aurora B no puede alcanzar sus sustratos de manera que los kMT se estabilizan Es interesante notar que Aurora B se encuentra sobreexpresada frecuentemente en varios tipos de tumores y es en la actualidad una diana para el desarrollo de drogas anticancerosas 61 Activacion del checkpoint de mitosis Editar Articulo principal Checkpoint de mitosis El mecanismo que detecta que se ha formado correctamente un huso mitotico que todos los cromosomas estan asociados a dicho huso de manera bipolar y que todos ellos se encuentran alineados en la placa metafasica es el denominado checkpoint de mitosis o tambien punto de control del ensamblaje del huso abreviado SAC por sus siglas en ingles Spindle Assembly Checkpoint Cuando alguno de los cromosomas por alguna razon se retrasa durante el proceso de alineamiento esta maquinaria produce una parada temporal de la progresion en el ciclo celular la celula se detiene dando tiempo a los mecanismos de reparacion a resolver el problema detectado Si pasado un tiempo el problema no se ha corregido la celula sera abocada a un proceso de muerte celular un mecanismo de seguridad para evitar que se produzca una situacion de aneuploidia generalmente con consecuencias graves para el organismo Mientras que las proteinas centromericas estructurales como CENP B mantienen una localizacion estable a lo largo de toda la mitosis incluida telofase los componentes del checkpoint de mitosis se ensamblan en el cinetocoro en altas concentraciones en ausencia de microtubulos y su concentracion disminuye a medida que aumenta el numero de microtubulos anclados al cinetocoro 21 En metafase los niveles de CENP E Bub3 y Bub1 disminuyen de 3 a 4 veces con relacion a los presentes en cinetocoros no anclados mientras que los niveles de dineina dinactina Mad1 Mad2 y BubR1 caen gt 10 100 veces 21 22 23 24 Por tanto en metafase cuando todos los cromosomas estan congregados en la placa metafasica se liberan las proteinas del checkpoint La desaparicion de las proteinas del checkpoint de los cinetocoros marca el momento en que los cromosomas han alcanzado la placa metafasica y se encuentran en tension bipolar Es entonces cuando las proteinas del checkpoint que se unen e inhiben Cdc20 Mad1 Mad2 y BubR1 lo liberan permitiendo la activacion del APC CCdc20 que dispara la separacion de las cromatidas hermanas y consecuentemente el inicio de la anafase Varios estudios indican que el complejo Ndc80 interviene en la regulacion de la asociacion estable de Mad1 Mad2 y dineina con los cinetocoros 17 53 54 Sin embargo las proteinas asociadas con el cinetocoro CENP A CENP C CENP E CENP H y BubR1 son independientes de Ndc80 Hec1 La prolongada parada en prometafase que se observa en celulas con niveles reducidos de Ndc80 Hec1 depende de Mad2 a pesar del hecho de que en estas celulas muestran niveles de Mad1 Mad2 y dineina en sus cinetocoros que son menores del 10 15 a los observados en cinetocoros no anclados Sin embargo si ademas de Ndc80 Hec1 se disminuyen los niveles de Nuf2 Mad1 y Mad2 desaparecen completamente de los cinetocoros y el checkpoint se inactiva 62 Las proteinas denominadas Shugoshinas MEI S332 en Drosophila melanogaster 63 son un tipo de proteinas asociadas con los centromeros que son esenciales para mantener las cohesinas unidas a los centromeros hasta anafase La proteina homologa en humanos hsSgo1 se asocia con los centromeros durante profase y desaparece al inicio de la anafase 64 Cuando se disminuyen los niveles de Shugoshina mediante RNAi en celulas HeLa las cohesinas no se pueden mantener en los centromeros durante mitosis y en consecuencia las cromatidas hermanas se separan asincronicamente antes de que se inicie la anafase lo que dispara una parada mitotica prolongada Por otro lado el grupo de Dasso y colaboradores encontraron que las proteinas del sistema Ran RanGAP1 una proteina activadora de GTPasas que estimula la conversion de Ran GTP en Ran GDP y la proteina de union a Ran denominada RanBP2 Nup358 pueden detectarse en los cinetocoros durante mitosis 65 Estas proteinas se encuentran en los poros nucleares durante interfase e intervienen en el transporte nucleo citoplasmico La localizacion cinetocorica de estas proteinas parece ser significativa funcionalmente porque una variedad de tratamientos que elevan los niveles de Ran GTP inhiben la liberacion de las proteinas Bub1 Bub3 Mad2 y CENP E de los cinetocoros 66 Curiosamente Orc2 una proteina del complejo de reconocimiento de origen ORC por sus siglas en ingles implicado en la iniciacion de la replicacion del ADN durante la fase S tambien se localiza en los cinetocoros durante mitosis en celulas humanas 67 en concordancia con esta localizacion algunos estudios indican que Orc2 en levaduras esta implicada en la cohesion de cromatidas hermanas y su eliminacion celular provoca la activacion del checkpoint de mitosis 68 Tambien se ha detectado que otros componentes del complejo ORC como orc5 en S pombe intervienen en cohesion 69 Sin embargo la ruta molecular en la que intervienen las proteinas ORC parece ser aditiva a la ruta de las cohesinas y se desconoce en su mayor parte Generacion de las fuerzas que propulsan los movimientos cromosomicos Editar Vease tambien Microtubulo La mayor parte de los movimientos cromosomicos en relacion con los polos del huso mitotico estan asociadas con el alargamiento y acortamiento de los kMT Una de las caracteristicas mas interesantes de los cinetocoros es su capacidad de modificar el estado de sus kMT asociados alrededor de 20 de un estado de despolimerizacion de sus extremos a un estado de polimerizacion Esto permite a los cinetocoros de las celulas en prometafase mostrar inestabilidad direccional 70 variando entre fases persistentes de movimientos hacia el polo poleward o inversos anti poleward que estan acoplados con estados alternados de despolimerizacion y polimerizacion de los kMT respectivamente Esta bi estabilidad de los cinetocoros parece ser parte de un mecanismo para alinear los cromosomas en el ecuador del huso sin perder la conexion mecanica entre los cinetocoros y los polos del huso Se cree que la bi estabilidad de los cinetocoros se basa en la inestabilidad dinamica del extremo de los kMT y esta controlado de forma parcial por la tension existente en los cinetocoros En celulas de mamifero en cultivo una baja tension en los cinetocoros promueve el cambio hacia la despolimerizacion de kMT y una alta tension promueve el cambio hacia polimerizacion de los kMT 71 72 Las proteinas del cinetocoro y proteinas que se unen a los extremos de los MT denominadas genericamente TIPs regulan el movimiento del cinetocoro mediante la regulacion de la dinamica de los extremos de los kMT 73 Sin embargo la interfaz cinetocoro microtubulo es muy dinamica y algunos de estas proteinas parecen ser componentes bona fide de ambas estructuras Dos clases de proteinas parecen ser particularmente importantes kinesinas que funcionan como despolimerasas tales como las kinesinas KinI y proteinas que se unen a extremos de MT TIP que promueven la polimerizacion quizas antagonizando el efecto de las despolimerasas 74 Las kinesinas KinI se denominan asi porque tienen un dominio motor interno que utiliza ATP para promover la despolimerizacion del polimero de tubulina En vertebrados la kinesina KinI mas importante que controla la dinamica del ensamblaje del extremo es MCAK 75 Sin embargo parece que no es la unica implicada Hay dos clases de TIPs con funciones en el cinetocoro La primera incluye la proteina adenomatous polyposis coli APC y su proteina asociada EB1 que necesitan la presencia de MT para localizarse en los cinetocoros Ambas son necesarias para que la segregacion cromosomica ocurra correctamente 76 EB1 se une solo a MT que estan en fase de polimerizacion lo que sugiere que favorece la estabilizacion de los kMT durante esta fase Un segundo grupo de TIPs incluye proteinas que pueden localizarse en los cinetocoros incluso en ausencia de MT En este grupo hay dos que han atraido mucho interes CLIP 170 y sus proteinas asociadas CLASPs CLIP associated proteins El papel de CLIP 170 en los cinetocoros es desconocido pero la expresion de un mutante dominante negativo produce un retraso en prometafase 77 lo que sugiere que tiene un papel activo en el alineamiento cromosomico Las proteinas CLASPs son necesarias para el alineamiento cromosomico y el mantenimiento de un huso mitotico bipolar en Drosophila humanos y levaduras 78 79 Referencias Editar Albertson D G Thomson J N 1993 Segregation of holocentric chromosomes at meiosis in the nematode Caenorhabditis elegans Chromosome Research 1 1 15 26 a b c Maiato H Deluca J Salmon E D Earnshaw W C 2004 The dynamic kinetochore microtubule interface Journal of Cell Science 117 23 5461 5477 doi 10 1242 jcs 01536 archivado desde el original el 22 de junio de 2006 Mitchison T Kirschner M 1984 Dynamic instability of microtubule growth Nature 312 5991 237 242 doi 10 1038 312237a0 archivado desde el original el 22 de junio de 2010 consultado el 11 de noviembre de 2008 a b Brinkley B R Stubblefield E 1966 The fine structure of the kinetochore of a mammalian cell in vitro Chromosoma 19 1 28 43 doi 10 1007 BF00332792 Jokelainen P T 1967 The ultrastructure and spatial organization of the metaphase 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